## PENGURANGAN KADAR N DAN P PADA LIMBAH CAIR LABORATORIUM SECARA FITOREMEDIASI MENGGUNAKAN ENCENG GONDOK (Eichornia crassipes)
Nurmaya Arofah 1 , A. Silvan Erusani 2*
1 Jurusan Kimia, FST Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah, Jakarta
2 Jurusan Matematika, FST Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah, Jakarta *Corresponding author: sylvanerusani@uinjkt.ac.id

## Abstract
Laboratory  liquid  waste contains  both metal,  nonmetal,  organic  and  anorganic  content.  If  it  is discharged directly to environment, it will cause pollution that is harmful for living thing. Data of waste  survey  result  in  2009-2010  indicated  that  liquid  waste  of  Laboratory  in  Chemical Engineering  Department,  Gadjah  Mada  University  (JTK  UGM)  consist  of  various  complex compound  such  as  NH 4 + ,  PO 4 3- .  JTK  UGM  has wastewater  treatment  plant  (WWTP)  to  deal  with environmental  pollution  coming  from  waste  of  each  laboratory  and  have  three  process,  anaerobe activated sludge, aerobe and phytoremediation. Because the laboratory’s waste was very complex, the WWTP have not operated maximally yet. So, it is necessary research on WWTP processing step, particularly for  phytoremediation  process  using water hyacinth. Objective of  this research was  to study effect of concentrations N and P on adaptability and capability of water hyacinth to grow. In addition it developed a mathematical model to estimate of N and P concentration decrease rate in liquid.  The  research  was  done  in  batch  by  planting  water  hyacinth  that  has  been  acclimated  in wastewater containing N-NH 4 OH and P-H 3 PO 4 . Parameter observed is  N and P concentration  in liquid. The result indicated that water hyacinth can absorb N and P. Water hyacinth grow well in N-NH 4 OH concentration of 9.651 ppm and 15.573 ppm and P-H 3 PO 4 concentration of 2.013 ppm and 2.7373 ppm. It was marked with additional weight and colour of water hyacinth leaves of fresh green.  Mathematical  model  presented  to  estimate  N  concentration  decrease  rate  indicated  good result  in  experiment.  However,  P  concentration  decrease  in  liquid  phase,  the  presented  model  is still  not  good,  because  P  nutrient  decomposition  process  has  not  been  accommodated  during absorption by water hyacinth.
Keywords : water hyacinth, N-NH 4 OH concentration, P-H 3 PO 4 concentration ________________________________________________________________________________

## PENDAHULUAN
Isu  pencemaran  lingkungan  semakin marak  dibahas  dewasa  ini.  Salah  satu persoalan  yang  menjadi  prioritas  adalah pencemaran  air  akibat  air  limbah  yang dibuang ke perairan. Air limbah dapat berasal dari  berbagai  sumber,  seperti  air  buangan rumah  tangga,  perkantoran,  industri,  rumah sakit, maupun laboratorium. Limbah cair yang tidak  dikelola  dengan  baik  akan  memberikan dampak  lingkungan  yang  berbeda-beda, sesuai  dengan  jumlah  limbah  dan  kandungan yang terdapat dalam limbah tersebut.
Laboratorium  merupakan  salah  satu penghasil  air  limbah  dengan  kandungan bahan-bahan berbahaya seperti logam, nonlogam, organik dan anorganik. Air limbah ini  berasal  dari  buangan  praktikum  dan penelitian.  Bila  langsung  dibuang  ke  ling- kungan  akan  menimbulkan  pencemaran  dan berbahaya  bagi  makhluk  hidup.  Jurusan Teknik Kimia Universitas Gadjah Mada (JTK UGM)  merupakan  salah  satu  lembaga  pen- didikan  yang  memiliki  permasalahan  dengan adanya limbah cair laboratorium. Berdasarkan data  hasil  survei  limbah  pada  tahun  2009-
2010,  air  limbah  laboratorium  JTK  UGM memiliki  karakteristik  yang  sangat  kompleks salah satunya adalah NH 4 + , PO 4 3- .
Berdasarkan
Peraturan Pemerintah nomor 82 tahun 2001, kandungan total  fosfat sebagai  P  (P-PO 3 - )  untuk  air  kelas  I  dan  II tidak  boleh  melebihi  0,2  mg/L,  air  kelas  III batas  maksi-mal  adalah  1  ppm  dan  untuk  air kelas  IV  batas  maksimalnya  adalah  5  mg/L. Untuk  kandungan  nitrogen  sebagai  amonia (N-NH 3 ),  batas  maksimal  untuk  air  kelas  I adalah  0,5  mg/L  dan  untuk  air  kelas  II,  III, dan  IV  tidak  ada  batasan.  Untuk  kandungan nitrogen  sebagai  nitrat  (NO 3 -N)  batasan maksimal  untuk  air  kelas  I  dan  II  adalah  10 mg/L dan kelas III dan IV adalah 20 mg/L.
JTK  UGM  telah  memiliki  Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) sendiri untuk mengatasi  penumpukan  limbah  cair  labora- torium  tersebut  dan  terdiri  dari  3  tahapan proses,  yaitu anaerob , aerob dan  fitore- mediasi.  IPAL  yang  telah  didirikan  di  JTK belum  dapat  beroperasi  dengan  baik,  hal  ini dikarenakan  limbah  laboratorium  JTK  UGM memiliki  karakteristik  yang  sangat  kompleks dan mengandung berbagai senyawa kimia.
Oleh  karena  pentingnya  upaya  peng- elolaan  limbah  cair  tersebut,  maka  perlu dilakukan  pengaktifan  kembali  IPAL  yang sudah  ada.  Namun  pada  penelitian  ini  hanya dibatasi  pada  proses  fitoremediasi  saja  yaitu teknik  pemulihan  lahan  tercemar  dengan menggunakan  tumbuhan  untuk  menyerap, mendegradasi,  mentransformasi  dan  meng- imobilisasi  bahan  pencemar,  baik  itu  logam berat maupun senyawa organik baik secara ex situ menggunakan  kolam  buatan  atau  reaktor maupun in  situ pada  tanah  atau  daerah  yang terkontaminasi  limbah.  Tanaman  yang  digu- nakan  adalah  eceng  gondok  yang  memiliki potensi  untuk  pembersihan  air  limbah  tanpa mengalami  gangguan  pertumbuhan  selain  itu juga enceng gondok mengalami pertumbuhan yang  cepat  (Xia  &  Ma,  2005).  Tujuan  dari penelitian  ini  adalah  mempelajari  pengaruh konsentrasi  N  dan  P  yang  akan  digunakan untuk  nutrisi  enceng  gondok  serta  mengem- bangkan  model  persamaan  untuk  mengesti- masi laju penurunan N dan P.
Kinetika model penyerapan unsur N dan P  oleh  enceng  gondok  dimodelkan  berda- sarkan persamaan neraca massa. Asumsi yang diambil  dalam  pemodelan  matematis  ini adalah:
1. Proses  seri  yang  terjadi  dalam  sistem adalah  transfer  massa  nutrisi  N  dan  P  dari cairan  dan  reaksi  N  dan  P  untuk  metabo- lisme  di  dalam  tubuh  enceng  gondok, proses transfer massa N dan P ke interface cair-padat (akar) didekati dengan persama- an transfer massa sebagai berikut:
(1)
(2)
Reaksi  N  dan  P  untuk  metabolisme  di dalam tubuh enceng gondok akan mengha- silkan  senyawa  baru  yang  akan  menyebar ke  seluruh  bagian  tubuh  tumbuhan  dapat didekati dengan model kinetika reaksi orde 1  terhadap  N  dan  P  serta  proporsional terhadap  berat  enceng  gondok  sebagai berikut (Levenspiel, 1999).
(3) (4)
2. Konsentrasi  senyawa  N  dan  P  di  dalam cairan dianggap homogen.
3. Laju  penguapan  air  di  cairan  akibat penguapan dibaikan.
4. Konsentrasi N dan P di interface dianggap selalu  setimbang  dengan  konsentrasi  di dalam  akar  enceng  gondok.  Hubungan kesetimbangan didekati  dengan persamaan mirip hukum Henry yang dinyatakan seca- ra matematis sesuai persamaan berikut:
(5)
(6)
Agar  Persamaan  1  sesuai  satuannya  dengan Persamaan  3  maka  setiap  ruas  dikalikan dengan  luas  permukaan  akar  enceng  gondok (A),  sehingga  persamaannya  untuk  senyawa N dan P adalah sebagai berikut:
(7)
(8)
Dari  persamaan  (7)  dan  (8)  maka  diperoleh persamaan laju penurunan konsentrasi N  dan
laju  penurunan  konsentrasi  P  di  fasa  cair sebagai berikut:
(9)
(10)

## MATERIAL DAN METODE
Bahan  yang  digunakan  adalah  air  yang mengandung  unsur  N  yang  terbuat  dari NH 4 OH teknis 21% dan air yang mengandung unsur  P  yang  terbuat  dari  senyawa  H 3 PO 4 teknis  85%. Enceng  gondok  dengan  berat basah  total  antara  300-400  gram,  memiliki spesifikasi  jumlah  daun  antara  8-15  lembar, dan  ketinggian  antara  20-30  cm.  Alat  yang digunakan  adalah  bak  penampung  sampel yang  terbuat  dari  plastik  berukuran  55  liter, timbangan digital, alat analisis UV-1601 UV- Visible  Spectrophotometer Shimadzu,  pipet ukur 50 mL, botol sampel plastik.
Aklimatisasi dan Uji Pendahuluan
Aklimatisasi dilakukan selama 1 minggu  dengan  mencuci  tanaman  enceng gondok  hingga  bersih  dari  lumpur  dan kandungan  senyawa  lain  (Widyaningsih, 2007),  kemudian  menumbuhkan  tanaman pada  air  bersih  di  dalam  kolam.  Pada  uji pendahuluan  penyerapan  N  dan  P,  enceng gondok  ditanam  dalam  air  limbah  yang mengadung  unsur  N  dan  P  dengan  berbagai variasi konsentrasi.
Enceng  gondok  yang  sudah  diakli- matisasi,  ditanam  dalam  wadah  plastik  ber- ukuran  55  L,  dengan  variasi  konsentrasi  N- NH 4 OH dan P-H 3 PO 4 adalah 9,6 mg/L dan 2 mg/L, 15,5 mg/L dan 2,5 mg/L, serta 26 mg/L dan  4  mg/L.  Pengambilan  sampel  pada  jam 08.00  WIB,  konsetrasi  N-NH 4 OH  dianalisis pada  hari  ke-1,  2,  3,  4,  5,  6,  8,  11,  dan  15 menggunakan  metode  titrasi,  konsentrasi  P- H 3 PO 4 dianalisis pada hari ke-2, 4, 6, dan 11 dengan UV /Vis Sprectophotometer.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  analisis  N-NH 4 OH  dan  P-H 3 PO 4 tersisa dalam limbah cair simulasi  tiap waktu pada  berbagai  variasi  konsentrasi  awal tercantum  pada  Tabel  1  dan  Tabel  2.  Data menunjukkan  penurunan  konsentrasi  N- NH 4 OH  dalam  limbah  cair  simulasi  yang cukup signinfikan terhadap waktu. Penurunan konsentrasi  menunjukkan  bahwa  enceng gondok  sangat  membutuhkan  unsur  nitrogen untuk  tumbuh  dan  merupakan  unsur  makro- nutrien yang dibutuhkan enceng gondok salah satunya untuk melakukan proses fotosintesis.
Seperti  yang  dijelaskan  oleh  Kurniadie (2011),  bahwa  nitrogen  sangat  dibutuhkan untuk  meningkatkan  pertumbuhan  tanaman, menyehatkan pertumbuhan daun, daun tanam- an  lebar  dengan  warna  yang  lebih  hijau,  dan meningkatkan  kadar  protein  dalam  tubuh tanaman. Dari hasil pengamatan  yang dilaku- kan  bahwa  pada  variasi  konsentrasi  awal limbah  N-NH 4 OH  sebesar  9,651  mg/L  dan 15,573  mg/L,  enceng  gondok  dapat  tumbuh subur  dari  hari  pertama  pengamatan  sampai hari  terakhir  pengamatan  yaitu  hari  ke  lima belas,  hal  ini  ditandai  dengan  bertambahnya berat  basah  enceng  gondok,  daunnya  yang berwarna  hijau  segar  dan  jumlah  tunas  eceng gondok yang bertambah.
Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa enceng  gondok  sangat  cepat  menyerap  nitro- gen, hal  ini mungkin  disebabkan  oleh limbah N  yang  digunakan  adalah  NH 4 OH.  Hal  ini sesuai  dengan  yang  dijelaskan  oleh    Saeed (2012),  bahwa  pada  umumnya  tanaman  lebih banyak  menyerap  NH 4 -N  dibanding  N-NO 3 sebagai  sumber  nitrogen,  sehingga  pada penelitian  ini  tanaman  bisa  langsung  me- nyerap  NH 4 -N  tanpa  harus  merubahnya  ke dalam  bentuk  N  yang  lain  terlebih  dahulu kemudian  digunakan  untuk  proses  metabolis- me  dan  sebagian  terakumulasi  pada  bagian tubuh  tumbuhan.  Akan  tetapi  untuk  konsen- trasi  N-NH 4 OH  sebesar  26,101  mg/L  akan menyebabkan  terhambatnya  pertumbuhan enceng  gondok.  Hal  ini  ditandai  dengan warna daun yang kuning kecokelatan dan juga daun-daun  yang  rontok  dan  busuk,  seperti penelitian  yang  dilakukan  oleh  Shamir et  al. , (2001), bahwa tanaman dapat mengakumulasi
60%  N  total  dan  setelah  jenuh  tanaman tersebut membusuk hal itu disebabkan karena konsentrasi  nitrogen  dalam  air  limbah  me- ningkat.  Hasil  yang  sama  ditunjukkan  pula oleh Petrucio & Esteves (2000) bahwa enceng gondok  dapat  merespon  positif  terhadap penambahan  nitrogen  hingga  5,5  mg/L  dan ketika  konsentrasi  limbah  lebih  tinggi  maka enceng gondok tidak menunjuk-kan peningkatan pertumbuhan.
Pada  Tabel  2  dapat  dilihat  terjadi penurunan  konsentrasi  P-H 3 PO 4 tiap  waktu. Penurunan  konsentrasi  ini  disebabkan  penye- rapan  oleh  eceng  gondok,  namun  pada konsentrasi awal P-H 3 PO 4 sebesar 2,737 mg/L dan  4,389  mg/L  menunjukkan  hasil  analisis konsentrasi  P-H 3 PO 4 setiap  waktu  yang cenderung  fluktuatif.  Hal  ini  mungkin  terkait dengan  konsentrasi  N-NH 4 OH  yang  cukup besar  yaitu  15,573  mg/L    dan  26,101  mg/L, yang  menyebabkan  banyak  bagian  tubuh eceng  gondok  yang  menjadi  layu,  daun berubah  warna  menjadi  kuning  kecokelatan dan rontok. Akibatnya pelepasan fosfat akibat dekomposisi  tanaman  juga  menjadi  besar Reddy & D’angelo (1997). Mereka menekankan  juga  bahwa  konsentrasi  fosfor lebih  dari  1,06  mg/L  akan  menghambat pertumbuhan enceng gondok. Cary  & Weerts (1983)  dalam  penelitiannya  menyatakan bahwa  tumbuhan Salvinia  auriculata tidak
menunjukkan peningkatan berat ketika konsentrasi fosfor dalam air lebih tinggi dari 2 mg/L.
Gambar  1  menunjukkan  kecenderungan yang  sama  antara  nilai  data  dengan  simulasi model laju penurunan konsentrasi N terhadap waktu.  Data  simulasi  sudah  mendekati  data pengamatan,  sehingga  model  matematis  yang diajukan sudah cukup baik. Hasil perhitungan simulasi  dengan  menggunakan  MATLAB diperoleh  nilai  parameter  kr 1 ’  dan  kc NA sebesar 1,489 L/jam dan 15,066 m 3 /jam. Nilai kr 1 ’  merupakan  parameter  kinetika  yaitu konstanta  kecepatan  reaksi  metabolisme dalam tumbuhan enceng gondok untuk senya- wa N yang dikalikan dengan tetapan kesetim- bangan  pada interface .  Nilai  kc NA merupakan perkalian antara koefisien transfer massa dari fasa  cair  ke  fasa  padat  untuk  N  dengan  luas area akar enceng gondok.
Gambar 2 menampilkan hasil pendekatan yang  kurang  begitu  baik  terhadap  model  laju penurunan  P  yang  diajukan.  Hal  ini  dapat disebabkan  oleh  belum  diakomodasinya  pro- ses dekomposisi nutrisi P yang terjadi selama penyerapan oleh enceng gondok. Hasil perhi- tungan  simulasi  menggunakan  MAT-LAB diperoleh  nilai  parameter  kr 2 ’  dan  kc PA ma- sing-masing  sebesar  0,047  L/jam.mg  enceng gondok dan 4,441 m 3 /jam.
Tabel 1 . Hasil analisis N-NH 4 OH tiap waktu pada berbagai variasi konsentrasi awal
Waktu (hari) C N1 (mg/L) C N2 (mg/L) C N3 (mg/L) 0 9,651 15,573 26,101 1 6,361 11,624 21,495 2 4,387 8,993 17,547 3 2,413 7,457 15,573 4 0,658 5,045 12,721 5 0 3,071 10,967 6 0 0 9,651 8 0 0 4,167 11 0 0 0 15 0 0 0 Catatan:  C N1 = Konsentrasi awal N-NH 4 OH 9,651 mg/L C N2 = Konsentrasi awal N-NH 4 OH15,573 mg/L C N3 = Konsentrasi awal N-NH 4 OH 26,101 mg/L
Tabel 2. Hasil analisis P-H 3 PO 4 tiap waktu pada berbagai variasi konsentrasi mula-mula
Waktu (hari) C P1 (mg/L) C P2 (mg/L) C P3 (mg/L) 0 2,013 2,737 4,389 2 0,885 3,225 4,973 4 0,097 2,943 5,376 6 0 2,163 3,25 11 0 0,819 0,385 15 0 0,181 4,883 Catatan:   C P1 = Konsentrasi awal H 3 PO 4 2,013 mg/L C P2 = Konsentrasi awal H 3 PO 4 2,737 mg/L C P3 = Konsentrasi awal H 3 PO 4 4,389 mg/L
Gambar  1 .  Profil  pengaruh  konsentrasi    N-NH 4 OH  dalam  limbah  cair  terhadap  waktu  pada berbagai variasi konsentrasi N-NH 4 OH
Gambar  2 .  Profil  konsentrasi  P-H 3 PO 4 dalam  limbah  cair  simulasi  terhadap  waktu  pada  berbagai variasi konsentrasi P-H 3 PO 4

## KESIMPULAN
Berdasarkan  data  yang  berhasil  didapatkan maka  penelitian  ini  mengasilkan  kesimpulan sebagai berikut:
1. Semakin tinggi konsentrasi N-NH 4 OH, dan P-H 3 PO 4 maka  tingkat  pertumbuhannya semakin menurun.
2. Model  matematis  yang  diajukan  untuk mengestimasi  laju  penurunan  konsentrasi N  menunjukkan  hasil  pendekatan  yang cukup  baik  terhadap  hasil  eksperimen. Namun  untuk  penurunan  konsentrasi  P  di fasa  cairan,  model  yang  diajukan  masih belum cukup baik.

## DAFTAR PUSTAKA
Cary  &  Weerts.  (1983).  Growth  of Salvinia molesta as Affected by Water Temperature  and  Nutrition.  I.  Effect  of Nitrogen  Level  and  Nitrogen  Com- pounds. Aquat Bot. 16. 163-172.
Kurniadie,  D.  (2011).  Teknologi  Pengolahan
Limbah  Cair  secara  Biologis.  Bandung:
Penerbit Widya Padjajaran.
Levenspiel,  O.  (1999).  Chemical  Reaction
Engineering 3 rd . New York: John Wiley and Sons.
Pemerintah  Republik  Indonesia.  (1999).
Peraturan  Pemerintah  Republik  Indo- nesia  Nomor  82  Tahun  2001  Tentang Pengelolaan  Kualitas  Air  dan  Peng- endalian Pencemaran Air.  Jakarta.
Petrucio, M. & Esteves, F. A. (2000). Uptake Rates of Nitrogen and Phosphorus in the Water  by Eichornia  crassipes and Salvinia  auriculata. Rev  Brasil  Biol. 60(2). 229-236.
Reddy & D’Anggelo. (1997). Biogeochemical
Indicators to Evaluate Pollutant Removal  Efficiency  in  Constructed Wetlands. Wat. Sci. Tech. Vol 35 No. 5. 1-10 pp
Saeed,  T.  &  Guangzhi.  S.  (2012).  A  Review on  Nitrogen  and  Organics  Removal Mechanisms  in  Subsurface  Low  Con- structed  Wetlands:  Dependency  on environmental  Parameters,  Operating Conditions  and  Supporting  Media. J  of Environmental  Management .  112.  429- 448.
Shamir,  E.,  Thompson,  T.  L.,  Karpiscak,
M.  M.,  Freitas  R.  J.,  &  Zauderer,  J. (2001).  Nitrogen  Accumulation  in  a Constructed Wetland for Dairy Wastewater  Treatment. J  of  the American Water Resources Association 37(2). 315-325.
Widyaningsih,  T.  S.  (2007).  Penyerapan Logam  Cr  Total  dan  Cu 2+ dengan Enceng  Gondok  pada  Sistem  Air Mengalir.  Tesis.  Yogyakarta:  MTPPL Teknik Kimia UGM.
Xia,  H.  &  Ma,  X.  (2005).  Phyto- remediation  of  Ethion  by  Water Hyacinth  ( Eichhornia  crassipes )  from Water. J of  Phytoremediation . 6. 137- 148.