801 Prosiding Forum Inovasi Teknologi Akuakultur 2015

KARAKTERISTIK SEDIMEN DALAM TANDON PENGENDAPAN LIMBAHTAMBAK UDANG VANAME SUPER INTENSIF

Muhammad Chaidir Undu, Makmur, dan Mat FahrurBalai Penelitian dan Pengembangan Budidaya Air Payau

Jl. Makmur Dg. Sitakka No. 129, Maros 90512, Sulawei SelatanE-mail: tindeli@yahoo.com

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis karakteristik sedimen tandon pengendapan limbah tambakudang vaname super intensif. Sampel sedimen dikoleksi dari tandon pengendapan limbah tambak superintensif pada tiga ketebalan sampel yakni 0-2 cm, 2-6 cm, dan 6-10 cm; kemudian diukur pH, potensialredox, nitrogen sedimen porewater dan sediment oxygen consumption sampel. Hasil penelitian ini menunjukkanbahwa pH sedimen dalam kisaran netral dengan mineralisasi reduksi pada semua lapisan sedimen. Konsentrasinitrogen sedimen porewater menunjukkan bahwa tidak terjadi proses nitrifikasi dalam semua lapisan sedimenyang ditandai dengan tersedianya TAN dalam jumlah yang tinggi, sebaliknya tidak terdeteksi nitrit di dalamsediment porewater. Proses mineralisasi bahan organic terjadi di area sediment-water interface yangmenunjukkan bahwa mineralisasi aerobik berlangsung di permukaan sedimen tandon pengendapan limbah.Perlu dilakukan pengolahan sedimen dalam tandon pengendapan limbah tambak udang super intensifsebelum sediment tersebut dibuang ke lingkungan sekitar.

KATA KUNCI: karakteristik sedimen, reduksi, TAN, nitrit, SOD, tandon pengendapan limbah

PENDAHULUAN

Tandon pengendapan limbah tambak merupakan salah satu bentuk pengolahan limbah tambakudang. Dalam tandon pengendapan limbah, limbah tambak udang berupa padatan tersuspensidiendapkan sebelum dialirkan ke petak biofilter atau dialirkan ke perairan sekitar tambak (Teichert-Coddington et al., 1999; Jones et al., 2002). Dalam pengelolaan limbah, konsentrasi nutrien dalamair limbah merupakan variabel yang menjadi perhatian dalam layak tidaknya limbah dialirkan keperairan sebagaimana ditetapkan oleh Global Aquaculture Alliance (Boyd & Gautier, 2000). Hal inimenyebabkan sedimen dalam tandon pengendapan limbah kurang mendapatkan perhatian; dilainpihak, sedimen merupakan hasil akumulasi padatan tersuspensi yang berasal dari kegiatan budidayaudang dan kaya akan nutrien.

Input nutrien ke tandon pengendapan terjadi selama masa budidaya baik selama masa pemeliharaansebagai akibat dari kegiatan pergantian air tambak maupun pada saat panen. Partikel tersuspensiyang kaya akan nutrien terakumulasi di dasar tandon pengendapan dan selanjutnya mengalamiproses mineralisasi. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa akumulasi bahan organik mempengaruhikarakteristik sedimen seperti mineralisasi bahan organik dan transfer nutrien dari sedimen ke massaair dalam sedimen serta konsumsi oksigen oleh sedimen (Burford & Longmore, 2001; Burford et al.,2003; Burford & Lorenzen, 2004; Undu et al., 2014). Namun demikian, penelitian tersebut, dilakukandi dalam tambak sehingga tidak memberikan informasi yang spesifik tentang sedimen di dalamtandon pengendapan limbah. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis karakteristik sedimen tandonpengendapan limbah tambak udang vaname super intensif. Hasil penelitian ini diharapkan dapatmemberikan data dan informasi mengenai status mineralisasi bahan organik sedimen, pH, nitrogensedimen porewater dan konsumsi oksigen sedimen sehingga dapat menjadi acuan dalam pengelolaansedimen yang berasal dari limbah tambak udang.

METODE PENELITIAN

Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Juni 2014 di Instalasi tambak percobaan Takalar, SulawesiSelatan. Sampling sedimen dilakukan di tandon pengendapan limbah tambak udang vanname super

802Karakteristik sedimen dalam tandon pengendapan ..... (Muhammad Chaidir Undu)

intensif. Limbah tambak selama masa pemeliharaan diendapkan pada sebuah petak pengendapanberukuran 6.000 m2 selama 40 hari. Sampling sampel sediment core di sekitar inlet, tengah, dan outlettandon dikumpulkan secara acak pada saat pengeringan tandon. Sampel sediment core dikoleksi denganmenggunakan pipa paralon berdiameter 4 inchi dengan cara menancapkan pipa paralon hingga kedasar tandon. Sampel sedimen di sekitar inlet terdiri atas tiga kedalaman yakni kedalaman 0-2 cm, 2-6 cm, dan 6-10 cm. Sedangkan pada bagian tengah tandon, sampel sedimen yang terkoleksi berasaldari kedalaman 0-2 cm dan 2-6 cm. Sedimen di sekitar outlet dieliminasi karena bercampur dengansisa vegetasi yang tumbuh di dasar tandon. Selanjutnya sampel sedimen dipotong-potong berdasarkankedalaman sedimen. Sedimen yang berasal dari tambak dan tanah tandon dibedakan berdasarkanwarna dimana sedimen tambak berwarnah hitam sedangkan tanah tandon berwarna coklat. Olehkarena itu, dalam penelitian ini lebih banyak sampel yang dikoleksi pada kedalaman dengan kisaran0-6 cm dan di inlet tandon.

Sampel sedimen selanjutnya diukur pH dan potensial redoxnya menggunakan HANNA instrumentsHI 8424. Analisis nutrien sedimen porewater dilakukan dengan cara sampel sedimen pada setiapkedalaman disentrifuge dengan 1.500 rpm selama 10 menit kemudian larutan supernatan yangberwarna bening diambil dengan menggunakan syringe kemudian disaring dengan menggunakankertas saring Minisart dengan ukuran pori 0,45 m untuk pengukuran TAN dan NO2-N Analysis TANdan NO2-N dilakukan dengan mengacu pada Standar Nasional Indonesia (Anonim, 1991; Anonim2004).

Konsumsi oksigen sedimen dianalisis dengan cara menginkubasi sampel sedimen dalam sedimentjars (Alongi et al., 2009; Undu et al., 2014) yaitu: sedimen jars dengan volume 1 liter secara hati-hatidiletakkan di permukaan sedimen kemudian dasar jar disumbat hingga kedap air sehingga diperolehsedimen dengan ketebalan ± 2 cm. Selanjutnya jar diinkubasi dalam tanki yang berisi air bersihyang telah diaerasi hingga jenuh udara. Pada saat inkubasi, air dalam tanki dimasukkan secara perlahan-lahan untuk menghindari rusaknya struktur sedimen. Selanjutnya jar didiamkan hingga suspensipartikel sedimen mengendap kemudian jar dipasangi DO meter type TPS dan stirrer. Data oksigenterlarut direkam dengan interval 5 menit. Inkubasi dihentikan ketika konsentrasi oksigen tidak kurangdari 2 mg/L untuk menjaga linearitas data (Burford & Longmore, 2001).

Analisis Data

Data pH, potensial redox, TAN dan NO2-N dianalisis dengan One-way ANOVA di mana pH, potensialredox, TAN, dan NO2-N merupakan variabel bebas dan kedalaman sedimen sebagai variabel tidakbebas. Bootstrap dengan 500 kali sampling dilakukan untuk memenuhi asumsi kenormalan sebarandata (Efron, 1979). Data konsumsi oksigen sedimen dianalisis secara deskriptif berdasarkan analisisregresi. One-way ANOVA dilakukan menggunakan perangkat lunak IBM SPSS versi 21 sedangkananalisis regresi dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak Microsoft excel 2009.

HASIL DAN BAHASAN

Limbah tambak super intensif dalam bentuk tersuspensi yang diendapkan di tandon pengendapanterakumulasi di sekitar inlet tandon. Selanjutnya akumulasi sedimen cenderung berkurang di tengahdan outlet tandon pengendapan. Berdasarkan hasil pengukuran ketebalan sedimen pada waktusampling, ketebalan sedimen di area inlet tandon mencapai 10 cm sedangkan di tengah tandonketebalan maksimal sedimen sedalam 6 cm dan 2 cm di sekitar outlet. Oleh karena itu analisis mengenaikarakteristik sedimen pada setiap kedalaman pada setiap area tandon tidak dapat dijelaskan secaramendetail. Tingginya akumulasi sedimen di area inlet tandon disebabkan karena area ini merupakanarea masuknya limbah tambak yang kaya akan nutrient dan partikel tersuspensi sebelumdidistribusikan ke seluruh area tandon.

pH dan Potensial Redoks Sedimen

Hasil pengukuran dan One-way ANOVA pH dan potensial redox sedimen ditampilkan pada Tabel1. pH dan potensial redox sedimen yang diukur pada sembilan titik sampel masing-masing berkisarantara 6,88-7,14 dan -412,63-(-392,57) mV. pH sedimen berfluktuasi berdasarkan ketebalan sedimen

803 Prosiding Forum Inovasi Teknologi Akuakultur 2015

sedangkan potensial redoks mengalami penurunan seiring dengan ketebalan sedimen. Namundemikian, tidak ada perbedaan yang nyata antara pH dan potensial redox berdasarkan ketebalansedimen yang menunjukan bahwa tidak ada stratifikasi pH dan status mineralisasi bahan organikdalam sedimen. Selanjutnya, pH sedimen dalam tandon limbah masih dalam kisaran netral denganmineralisasi bahan organik dalam sedimen terjadi secara reduksi.

Bahan organik yang terakumulasi selama proses pengendapan dimineralisasi oleh bakteri. Dalamproses mineralisasi tersebut, oksigen terlarut dikonsumsi oleh bakteri sehingga semakin banyakbahan organik yang termineralisasi maka konsentrasi oksigen semakin berkurang dan pada akhirnyamenyebabkan kondisi an-aerob dan mineralisasi bahan organik terjadi secara reduksi (Suplee & Cotner,1996; Moriarty, 1997; Rao et al., 2000; Avnimelech & Ritvo, 2003). Proses mineralisasi nutrien dalamsedimen menyebabkan kemasaman sedimen (Muslow et al., 2006); namun demikian, sedimen ditandon pengendapan limbah dalam penelitian ini masih menunjukkan nilai pH yang netral. NetralnyapH sedimen selama proses mineralisasi nutrien dalam sedimen dapat disebabkan karena prosesreduksi sulfat (Muslow et al., 2006). Dalam penelitian ini, tidak dilakukan pengukuran mengenaireduksi sulfat; namun demikian, dalam kondisi an-aerob,reduksi sulfat dalam sedimen merupakanproses yang dominan terjadi (Jorgensen, 1983).

Nilai potensial redox yang diperoleh dalam penelitian ini bernilai negatif yang menunjukkanterjadinya penumpukan nutrien dalam sedimen dan menyebabkan kondisi an-aerob (Iwama, 1991).Tandon pengendapan limbah telah dilaporkan mampu menurunkan konsentrasi nutrien terlarut dalamlimbah dimana nutrien terlarut dan partikel tersuspensi terabsorbsi di dasar tandon. Namun demikiansedimen yang bersifat an-aerob dapat menjadi kendala dalam pengolahan limbah karena dalamkondisi an-aerob, sejumlah gas beracun seperti ammonia, hidrogen sulfida and nitrit dilepaskan darisedimen ke massa air dan selanjutnya dilepaskan ke perairan sekitar tambak (Primavera, 1993;Hargreaves, 1997). Dalam kondisi an-aerob, sulfat dimanfaatkan oleh bakteri Desulfovibrio dalamproses respirasi dalam mineralisasi bahan organik dalam sedimen yang menghasilkan hidrogen sulfida(Boyd & Tucker, 1998). Selanjutnya bakteri nitrifikasi dan methanogenic mendekomposisi bahanorganik sedimen menjadi ammonium dan metana (Suplee & Cotner, 1996; Bagarinao & Lantin-Olaguer,1998). Dalam penelitian ini, keberadaan hidrogen sulfida dalam sedimen diketahui dengan munculnyabau sulfida selama penelitian dilakukan.

Nutrien Sedimen Porewater

Konsentrasi TAN yang dianalisis pada sedimen tandon di semua titik sampling berkisar antara99,85-231,88 mg/L; sebaliknya nitrit tidak terdeteksi. Konsentrasi rata-rata TAN pada semua ketebalansedimen tidak menunjukkan perbedaan yang nyata (P>0,05) (Tabel 2). Hal ini menunjukkan bahwatidak ada stratifikasi TAN dalam sedimen porewater.

Penumpukan bahan organik dalam dasar tandon limbah dapat mempengaruhi siklus nutrien dalamsedimen. Dalam penelitian ini, TAN tersedia dalam konsentrasi yang cukup tinggi namun demikian,tidak terdeteksi nitrit yang menunjukkan tidak terjadinya proses nitrifikasi. TAN merupakan nutrientutama dalam proses nitrifikasi (Burford et al., 2003). Tidak terjadinya proses nitrifikasi dalam sedimen

0-2 2-6 6-10

pH 6.94±0.12a 7.09±0.08 a 6.98±0.13 a

Potensial redox (mv) -401.75±9.33 a -402.60±13.11 a -404.57±3.87 a

Ketebalan sedimen (cm)

a huruf yang sama pada baris yang sama menunjukkan tidak berbeda nyata pada taraf kepercayaan 95%

Variabel

Tabel 1. Data pengukuran variabel sedimen di petak tandon limbah tambakudang vaname super-intensif

804Karakteristik sedimen dalam tandon pengendapan ..... (Muhammad Chaidir Undu)

yang kaya akan TAN juga dilaporkan oleh Burford et al. (2003) dan Burford & Lorenzen (2004) ditambak udang intensif dengan sistem zero water exchange. Tidak terjadinya nitrifikasi menyebabkandenitrifikasi tidak terjadi karena nitrit merupakan sumber utama pembentukan nitrat. Oleh karenaitu, nitrifikasi dan denitrifikasi dalam sedimen yang menerima input nutrien yang tinggi diabaikandalam pemodelan siklus nitrogen dalam sedimen tambak (Burford & Lorenzen, 2004).

Tidak terjadinya proses nitrifikasi dalam penelitian ini tidak dapat dijelaskan lebih mendetail;dalam kegiatan budidaya udang vaname dalam sistem super-intensif, bakteri (bioflok) untukmemineralisasi sisa pakan dan feses udang diaplikasikan. Namun demikian, ketersediaan bakteribukan menjadi salah satu faktor pendukung terjadinya nitrifikasi. Proses transformasi (mineralisasi/nitrifikasi) menjadi terhambat atau bahkan tidak terjadi proses nitrifikasi walaupun TAN sebagaibahan baku nitrifikasi melimpah ketika faktor lingkungan tidak mendukung. Faktor lingkungantersebut adalah: suhu, konsentrasi DO, dan pH (Boyd & Gross,1998; Burford et al., 2003).

Siklus nitrogen tidak terjadi di dalam sedimen tandon pengendapan limbah tambak udang superintensif menyebabkan nitrogen terakumulasi dalam lapisan sedimen. Oleh karena itu, pengelolaansedimen dalam tandon pengendapan limbah tambak perlu dilakukan karena pengolahan limbahtambak umumnya menitikberatkan pada konsentrasi nutrien terlarut dalam air limbah sebelumdilepaskan ke perairan sekitar tambak.

Konsumsi Oksigen oleh Sedimen

Konsumsi oksigen oleh sedimen selama penelitian ini disajikan dalam Gambar 1. Konsentrasioksigen mengalami penurunan selama masa inkubasi yang menunjukkan bahwa oksigen terlarutdimanfaatkan dalam proses mineralisasi bahan organik di area sediment-water interface. Dalam

Tabel 2. Nitrogen sediment porewater pada beberapa ketebalan sedimen ditandon pengendapan limbah tambak udang vaname super intensif

0-2 2-6 6-10

TAN (mg/L) 178.92±25.68 a 187.46±53.62 a 186.79±9.97 a

NO2-N (mg/L) nd nd nd

Ketebalan sedimen (cm)

a huruf yang sama pada baris yang sama menunjukkan tidak berbeda nyata pada taraf kepercayaan 95%. nd = tidak terdeteksi.

Variabel

Gambar 1. Konsentrasi oksigen terlarut (mg/L) selama masa inkubasisedimen tandon pengendapan limbah tambak udangvaname super intensif

805 Prosiding Forum Inovasi Teknologi Akuakultur 2015

penelitian ini, konsentrasi oksigen terlarut dalam sedimen jar mengalami penurunan seiring denganperiode inkubasi sedimen. Dalam penelitian ini, proses mineralisasi bahan organikdi area sediment-water interface mengkonsumsi oksigen terlarut sebanyak 3,17 mg/L/jam/m2.

Walaupun sedimen tandon limbah berada dalam kondisi an-aerob sebagaimana ditunjukkan olehpotensial redox sedimen, proses mineralisasi bahan organik dalam kondisi aerob masih terjadi diarea sediment-water interface (Hansen & Blackburn, 1991; Undu et al., 2014). Proses mineralisasi aerobdi area sediment-water interface di dasar tambak udang super intensif telah dilaporkan oleh Undu etal. (2014) dimana laju konsumsi oksigen selama proses mineralisasi tersebut sebesar 5,8 mg/L/jam/m2 dimana lebih tinggi dibandingkan dengan hasil pengukuran yang diperoleh pada penelitian ini.Proses mineralisasi bahan organic secara aerob melepaskan nutrien (efflux) seperti TAN, nitrit dan PO4

dari sedimen ke massa air tambak (Undu et al., 2014).

Mineralisasi aerob bermanfaat dalam mengurangi konsentrasi nutrien dalam sedimen danmengeksport nutrien ke massa air. Dalam pengolahan limbah tambak dengan menggunakan biofilter,seperti rumput laut, nutrien terlarut diabsorpsi oleh biofilter sehingga konsentrasi nutrien limbahberkurang. Oleh karena input oksigen terlarut dalam tandon limbah perlu dikembangkan melaluioksigenasi limbah, sehingga proses mineralisasi aerobic tidak hanya terjadi di area sediment-waterinterface tetapi dapat terjadi di seluruh lapisan sedimen. Oxigenasi limbah khususnya sedimendiharapkan mampu mengeliminasi mineralisasi an-aerob sehingga dapat mereduksi nutrien dalamsedimen dan meningkatkan konsentrasi nutrien yang tersedia untuk pertumbuhan biofilter.

KESIMPULAN

Mineralisasi nutrien dalam sedimen di tandon pengendapan limbah tambak super intensif terjadisecara reduksi yang berpotensi menghasilkan gas beracun seperti hydrogen sulfide yang dilepaskanke massa air. Siklus nitrogen di dalam sedimen tidak berlangsung karena tidak terjadi nitrifikasi yangpada akhirnya mempengaruhi denitrifikasi. Perlu dilakukan pengolahan sedimen dalam tandonpengendapan limbah sebelum sedimen tersebut dibuang ke lingkungan sekitar.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penelitian ini dibiayai oleh APBN 2014. Penulis mengucapkan terima kasih kepada Sdr. Deni danElis atas bantuannya dalam kegiatan sampling.

DAFTAR ACUAN

Anonim. (1991). Metode pengujian kadar ammonium dalam air dengan alat spektrofotometer secaraNessler. SNI 06-2479-1991.

Anonim. (2004). Air dan air limbah - Bagian 9: Cara uji nitrit (NO2-N) secara ektrofotometri. SNI 06-6989.9-2004.

Bagarinao, T., & Lantin-Olaguer, I. (1998). The sulfide tolerance of milkfish and tilapia in relation tofish kills in farms and natural waters in the Philippines. Hydrobiologia, 382, 137-150.

Boyd, C.E., & Gross, A. (1998). Use of probiotics for improving soil and water quality in aquacultureponds. In Flegel TW (ed) Advances in shrimp biotechnology. National Center for Genetic Engineeringand Biotechnology, Bangkok, p. 101-106.

Boyd, C.E., & Gautier, D. (2000). Effluent composition and water quality standards. Global AquacultureAdvocate, 3, 61-66.

Burford, M.A. & Longmore, A.R. (2001). High ammonium production from sediments in hypereutrophicshrimp ponds. Marine Ecology Progress Series, 224, 187-195.

Burford, M.A. & Lorenzen, K. (2004). Modeling nitrogen dynamics in intensive shrimp ponds: the roleof sediment remineralization. Aquaculture, 229, 129-145.

Burford, M.A., Thompson, P.J., McIntosh, R.P., Bauman, R.H., & Pearson, D.C. (2003). Nutrient andmicrobial dynamics in high-intensity, zero-exchange shrimp ponds in Belize. Aquaculture, 219,393-411.

Efron, B. (1979). Bootstrap Methods: Another Look at the Jackknife, The Annals of Statistics, 7, 1-26.

806Karakteristik sedimen dalam tandon pengendapan ..... (Muhammad Chaidir Undu)

Hansen, L.S., & Blackburn, T.H. (1991). Aerobic and anaerobic mineralization of organic material inmarine sediment microcosms, Marine Ecology Progress Series, 75, 283-291.

Hargreaves, J.A. (1997). A simulation model of ammonia dynamics in commerical catfish ponds in thesoutheastern United States. Aquacultural Engineering, 16, 27-43.

Iwama, G.K. (1991). Interactions between Aquaculture and the Environment, Critical Reviews inEnvironmental Control, 21, 177-216.

Jones, A.B., Preston, N.P., & Dennison, W.C. (2002). The efficiency and condition of oysters andmacroalgae used as biological filters of shrimp pond effluent. Aquaculture Research, 33, 1-19.

Jorgensen, B.B. (1983). Processes at the sediment-water interface. In: Bolin, B., Cook, R. B. (eds.), Themajor biochemical cycles and their interactions. Wiley, Chichester, p. 477-509.

Primavera, J.H. (1993). A critical review of shrimp pond culture in the Philippines. Reviews in FisheriesScience, 1, 151-201.

Suplee, M.W., & Cotner, J.B. (1996). Temporal changes in oxygen demand and bacterial sulfate reductionin inland shrimp ponds. Aquaculture, 145, 141-158.

Teichert-Coddington, D.R., Rouse, D.B., Potts, A., & Boyd, C.E. (1999). Treatment of harvest dischargefrom intensive shrimp ponds by settling. Aquacultural Engineering, 19, 147-161.

Undu, M.C., Makmur, & Rachmansyah. (2014). Studi pendahuluan laju efflux nutrien sedimen di tambakudang Litopenaeus vannamei super intensif, disampaikan pada Forum Inovasi Teknologi Akuakultur,hlm. 261-273.