Fosfat merupakan salah satu parameter pencemar yang dapat menyebabkan eutrofikasi pada badan air. Fosfat umumnya ditemukan di air limbah sebagai senyawa organik, ortofosfat, dan polifosfat. Sumber utama akumulasi fosfat dalam air limbah adalah pertanian (kotoran yang dihasilkan selama produksi ternak), rumah tangga (kotoran manusia dan deterjen sintetis), dan kegiatan industri. Pupuk yang digunakan di lahan pertanian atau rumah tangga juga dipindahkan ke air permukaan melalui limpasan, hujan, dan salju yang mencair. Berdasarkan penelitian sebelumnya, air limbah mengandung bentuk fosfat terlarut dan partikulat. Sebagian besar, berbetuk sebagai fosfat terlarut, terdiri dari sekitar 50% ortofosfat, 35% fosfat terkondensasi, dan 15% fosfat organik. Detergen rumah tangga adalah salah satu bahan yang paling berkontribusi meningkatkan fosfat. Fosfat (natrium pirofosfat dan natrium tripolifosfat) digunakan dalam produksi deterjen piring dan cucian untuk membantu pelunakan air, menghilangkan minyak, lemak, dan kotoran, serta mencegah bercak dan penumpukan film pada deterjen. Fosfat berperan sebagai bahan pengikat kesadahan (disebabkan oleh ion Ca2+ dan Mg2+) yang mencegah tanah berlemak, minyak dan lemak teremulsi oleh surfaktan.
Dampak dari tingginya konsentrasi fosfat pada badan air adalah terjadinya eutrofikasi. Eutrofikasi terjadi karena pertumbuhan alga dan tanaman air yang melimpah yang disimulasikan oleh nutrisi yang melimpah (nitrogen dan fosfat) dalam air; menyebabkan perubahan oksigen terlarut yang ekstrim pada siang dan malam hari (melimpah pada siang hari sebagai hasil fotosintesis dan habis pada malam hari akibat respirasi), mengakibatkan kematian ikan dan hewan air lainnya di dalam air yang bersaing respirasinya dengan alga dan tumbuhan air. Zat fosfat berada di antara polutan yang paling menantang, secara signifikan memengaruhi air permukaan dan air tanah secara negatif secara global. Dengan demikian, adanya fosfat dan eutrofikasi akan menyebabkan peningkatan biaya pengolahan air. Berdasarkan hal tersebut, maka tujuan dari artikel ini adalah untuk meninjau penyisihan fosfat dari air limbah menggunakan koagulan alami yang saat ini masih jarang dilakukan.
Instalasi pengolahan air limbah digunakan untuk menurunkan kandungan fosfat dalam air hingga konsentrasi P maksimal 2 mg/L sebelum dibuang ke lingkungan. Metode biologis (proses penghilangan aerobik dan anaerobik), fisik (penggunaan filter), dan kimia (pertukaran ion, elektrokoagulasi, koagulasi-flokulasi, elektrodialisis, kimia dan pengendapan) saat ini digunakan untuk menghilangkan fosfat dari air. Proses pengolahan biologis dilaporkan menunjukkan kinerja yang buruk dalam menghilangkan fosfat. Meskipun tidak dapat diandalkan, teknik penghilangan fosfat biologis yang ditingkatkan telah mencapai penghilangan fosfat hampir 100%. Metode pengolahan tersebut menuntut lahan yang luas, energi yang tinggi, dan aerasi yang optimal agar dapat berfungsi dengan baik. Inefisiensi dalam penyisihan fosfat dan tingginya biaya beberapa teknik fisik, seperti filtrasi membran, elektrodialisis, dan osmosis balik, telah menjadi kelemahan signifikan karena digunakan secara luas. Reaktor membran mengalami masalah signifikan berupa pengotoran membran yang menyebabkan kinerja yang buruk; itu menyebabkan pengurangan umur filter dan meningkatkan energi yang dibutuhkan untuk proses tersebut. Kapasitas retensi fosfat sebagian besar bahan filter juga berkurang drastis setelah jangka waktu penggunaan 5 tahun.
Metode pengolahan fisikokimia sangat efektif dan dapat diandalkan; mereka digunakan secara tunggal baik sebagai pengolahan primer atau lanjutan untuk metode penghilangan fosfat lainnya. Koagulasi-flokulasi umum melibatkan pemanfaatan logam, termasuk aluminium, besi, dan kalsium, untuk bertindak sebagai koagulan. Polyaluminium klorida digunakan untuk mengolah air limbah kota dengan 80% dari total efisiensi penyisihan fosfat. Penelitian lain melaporkan pemanfaatan aluminium sulfat untuk menghilangkan fosfat dari air limbah dengan efisiensi penyisihan mencapai 90%. Koagulan kimia juga digunakan yang menghasilkan penghilangan fosfat 68% dari air limbah glisin. Namun, koagulan kimia ini telah dilaporkan merugikan kesehatan manusia dan lingkungan karena adanya sisa ion logam dalam jumlah berlebih dari lumpur yang dihasilkan, dan biayanya juga dapat meningkatkan biaya pengoperasian. Residu aluminium yang tersisa di air limbah yang diolah atau habitat laut dapat dikaitkan dengan penyakit Alzheimer. Studi mengklaim bahwa ion aluminium bertanggung jawab atas mekanisme pensinyalan kolinergik utama di otak, perubahan jalur pensinyalan fosfoinositida, dan terikat dengan beta amiloid yang dapat menyebabkan penyakit Alzheimer.
Koagulan alami menawarkan pilihan untuk menggantikan penggunaan koagulan berbasis logam. Beberapa peneliti menyebutkan efektivitas penggunaan biji Leucaena leucocephala untuk mengolah air keruh dengan efisiensi penghilangan kekeruhan mencapai 93,05%. Kitosan juga disebutkan efektif dalam menghilangkan padatan dan kandungan organik dari air limbah budidaya. Peneliti lain juga menyebutkan penggunaan Azadirachta indica yang mampu menghilangkan kekeruhan (82,7%), padatan tersuspensi (81,4%), dan warna (65,8%). Koagulan mampu menurunkan TOC, kekeruhan, dan fosfat masing-masing sebesar 22%, 82%, dan 70%. Para peneliti berusaha untuk mengurangi kadar fosfat dalam air limbah industri produksi kembang api yang diperoleh industri. Potensi Cassia Alata, Calotropis Procera, Carcia Pepaya, Acacia mearnsii, Jatropha curcas, Kaktus, dan Biji Asam Jawa sebagai koagulan telah diteliti. Dengan penyisihan sebesar 75%, biji eceng gondok adalah koagulan yang paling efektif, diikuti oleh daun kasuarina (74%) dan daun pisang (73%), sedangkan pada 56%, biji asam jawa menunjukkan penyisihan yang paling sedikit. Koagulan lain termasuk sekam padi dan koagulan biji kelor dilaporkan menunjukkan kinerja penyisihan fosfat yang tinggi.
Meskipun beberapa teknik saat ini tersedia, proses koagulasi-flokulasi telah menunjukkan potensi besar dalam menghilangkan fosfat dari air limbah. Koagulan biasanya digunakan berdasarkan ion logam sedangkan, Tamarindus indica, biji Moringa oleifera, dan daun duckweed adalah beberapa koagulan alami yang berpotensi digunakan untuk menghilangkan fosfat dari air. Kinerja koagulan alami dalam mengolah air limbah mencapai 99% penyisihan padatan, sedangkan penyisihan fosfat berkisar 65-99,6%. Penyisihan fosfat dalam air limbah oleh koagulan alami dilakukan melalui mekanisme netralisasi muatan. Pemilihan bahan baku dan pemurnian kompleks bahan baku untuk koagulan alami saat ini menjadi tantangan utama untuk aplikasi lebih lanjut dari opsi ini dalam skala yang lebih besar. Mengembangkan prosedur ekstraksi yang lebih sederhana dengan efisiensi pemurnian yang tinggi dapat memajukan penelitian ini lebih jauh. Hibridisasi teknologi koagulasi oleh koagulan alami dengan teknologi pengolahan lain seperti filtrasi (termasuk microsieve, reverse osmosis, dan unit kain tumpukan) dilaporkan secara signifikan meningkatkan penyisihan fosfat dari air limbah. Pemanfaatan koagulan alami juga menunjukkan sisi positif dalam hal pemanfaatan lumpur yang dihasilkan sebagai kondisi tanah atau pupuk. Karena terdiri dari ion logam rendah dan toksisitas rendah (dibandingkan dengan lumpur yang dihasilkan dari pengolahan dengan koagulan berbasis logam) untuk tumbuhan dan bahkan organisme air. Penelitian tentang kinerja dan mekanisme koagulan alami yang berbeda terhadap berbagai spesiasi fosfat dalam air limbah sangat disarankan sebagai arah penelitian di masa depan untuk memperkaya pengetahuan tentang pengolahan fosfat dalam air limbah menggunakan koagulan alami.
Penulis: Muhammad Fauzul Imron, S.T., M.T.
Original artikel: Owodunni, A. A., Ismail, S., Kurniawan, S. B., Ahmad, A., Imron, M. F., & Abdullah, S. R. S. (2023). A review on revolutionary technique for phosphate removal in wastewater using green coagulant. Journal of Water Process Engineering, 52, 103573. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2023.103573
Artikel dapat dilihat pada: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214714423000909
