Kelangkaan air mendorong pertanian memanfaatkan kembali effluent kolam limbah. Tiga teknologi disinfeksi—klorinasi, UV, dan ozon—beradu di soal efektivitas, biaya, dan kepatuhan regulasi.
Industri: Agriculture | Proses: Wastewater_Lagoons_&_Treatment
Dunia hanya mendaur 11% air limbah terolah untuk dipakai kembali—namun di tempat-tempat terdepan angkanya melesat: Israel mereklamasi ~85% air limbah kota dan Spanyol ~70% untuk pertanian (mdpi.com). Di sisi lain, effluent dari lagoon ternak—bahkan setelah penampungan—tetap membawa beban patogen tinggi.
Data peternakan babi di AS mencatat cairan lagoon memuat 10³–10⁴ MPN/100 mL Salmonella dan koliform fekal serupa; lagoon satu tahap hanya menurunkan 1–2 log₁₀, dan dua tahap sekitar 2–3 log₁₀ (porkcheckoff.org). Angka ini jauh di atas batas WHO untuk irigasi tak terbatas (≤10³ koliform fekal/100 mL; juga limit 10³ untuk paparan anak atau irigasi banjir) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
Di Indonesia, regulasi lebih fokus pada standar pembuangan (mis. BOD/COD/TSS di PP 82/2001) ketimbang mutu untuk reuse. Namun proyek urban seperti Nusa Dua di Bali sudah memanfaatkan effluent untuk lapangan golf dan lanskap hotel (mdpi.com), dan tinjauan lokal menyebut disinfeksi lanjut seperti ozonisasi dibutuhkan untuk “menyesuaikan tuntutan regulasi” (ojs.unida.ac.id). Praktiknya, standar internasional (WHO, UE) menjadi acuan: Peraturan UE 2020/741 menetapkan kelas mutu air A–D berbasis E. coli untuk jenis tanaman dan metode irigasi; Kelas A (buah/sayur dimakan mentah) mewajibkan E. coli ≤10/100 mL plus perlakuan tersier—filtrasi dan disinfeksi (eur-lex.europa.eu), sementara Kelas D (tanaman non-pangan/industri) mengizinkan hingga 10⁴/100 mL dengan sekunder + disinfeksi (eur-lex.europa.eu).
Profil patogen dan target mutu irigasi
Dengan baseline patogen 10³–10⁴ MPN/100 mL Salmonella di lagoon babi dan penurunan 1–3 log₁₀ dari satu-dua tahap lagoon (porkcheckoff.org), langkah disinfeksi khusus menjadi wajib. WHO mematok ≤10³ koliform fekal/100 mL untuk penggunaan tak terbatas, termasuk batas paparan anak/banjir irigasi (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). UE mengklasifikasi ulang air menjadi Kelas A–D (E. coli ≤10 hingga 10⁴/100 mL) menurut komoditas dan metode aplikasi (eur-lex.europa.eu).
Klorinasi untuk kontrol bakteri biaya rendah
Klorinasi menambahkan klor (gas/hipoklorit) yang membentuk HOCl (asam hipoklorit)—oksidator kuat yang merusak sel mikroba. Efeknya luas pada bakteri/virus. Di effluent sekunder, 32 mg/L klorin bebas selama 15 menit menonaktifkan total koliform, koliform fekal, Pseudomonas, dan Staph sepenuhnya (researchgate.net).
Pada sampel lagoon babi mentah, bahkan 30 mg/L hanya mencapai ~2,2–3,4 log₁₀ reduksi; beberapa mikroba (mis. Bacillus) resisten sehingga kenaikan dosis memberi manfaat terbatas (scholarsmine.mst.edu). Kinerja sangat bergantung pH: di atas pH 7 bentuk dominan OCl⁻ kurang efektif dari HOCl (eco-web.com). Klorin juga lemah terhadap kista/ telur protozoa (Cryptosporidium sangat resisten; UV justru “sangat efektif” pada organisme ini) (uvsolutionsmag.com).
Dampak samping utama adalah produk samping disinfeksi (DBPs) seperti THMs/haloasetat yang terbentuk saat bereaksi dengan organik—berisiko bagi tanah/tanaman dan kerap butuh pascatreatment (mis. karbon aktif) (watertechonline.com) (uv-l.com). Pada banyak kasus, nilai klorin di atas batas regulasi memicu bahaya DBP dan memerlukan penanganan lanjutan (watertechonline.com). Untuk mengurangi residu dan DBP, unit karbon aktif seperti activated carbon kerap dipasang, dan bahan penetral residu seperti dechlorination agent digunakan untuk menurunkan klorin bebas hingga <0,1 ppm.
Biaya klorinasi rendah dan peralatannya sederhana (tangki dan dosing). Dosis kimia diinjeksikan dengan pompa akurat seperti dosing pump. Biaya operasional berasal dari pembelian bahan kimia dan tenaga kerja (eco-web.com), sehingga analisis ekonomi menempatkan klorin sebagai biaya siklus-hidup terendah di antara tiga metode (researchgate.net). Risiko keselamatan penyimpanan gas klorin/NaOCl tetap ada, walau banyak operasi pertanian memilihnya karena sederhana dan “sencillo y económico” (novagric.com).
Metrik kinerja: 30 mg/L NaOCl ≈ ~3-log bakteri lagoon (scholarsmine.mst.edu). Tabel CT (EPA) tipikal menunjukkan inaktivasi 2–3 log E. coli pada ≈2–3 (mg·menit)/L; 1–2 menit kontak di 10–20 mg/L dapat melampaui 3 log. “Shock” chlorination (50+ mg/L) kadang dipakai untuk kolam, tapi operasionalnya intensif.
Iradiasi UV tanpa residu kimia
UV-C (254 nm) merusak DNA/RNA mikroba sehingga tidak dapat bereplikasi; proses fisik ini tidak menambah bahan kimia. UV efektif untuk bakteri, virus, dan banyak protozoa; teknologi lampu medium-pressure terbaru mencapai 3–4 log₁₀ inaktivasi Cryptosporidium (uvsolutionsmag.com).
Pada uji laboratorium effluent sekunder, dosis ~160 mJ/cm² memberi ~3 log reduksi total koliform dan meniadakan koliform fekal/Pseudomonas (researchgate.net). Namun kinerja UV sangat bergantung kejernihan: padatan tersuspensi/organik menyerap dan menghamburkan UV, sehingga prafiltrasi wajib untuk menghindari “shadowing” (eco-web.com) (eco-web.com). Filtrasi pasir seperti sand filter media silika hingga <30 µm direkomendasikan (novagric.com), dan penurunan kekeruhan ke <10 NTU via flotasi udara terlarut seperti DAF meningkatkan reliabilitas.
Kelebihan UV: tak ada residu toksik atau DBP signifikan pada dosis normal (waterworld.com), startup cepat, dan umur lampu kini >10.000 jam (waterworld.com). Kekurangannya: perlu listrik andal dan perawatan (penggantian lampu tiap 12–24 bulan) (uv-l.com), serta tidak memberi residu disinfektan sehingga ada risiko rekontaminasi di penyimpanan. Unit komersial siap pakai seperti sistem ultraviolet tersedia untuk berbagai skala dengan konsumsi energi dan konsumabel minimal menurut pengalaman industri (novagric.com).
Metrik kinerja: dosis ~40 mJ/cm² lazimnya ~4-log E. coli di air jernih; studi Mesir mencatat ~164 mJ/cm² memberi ~3 log total koliform dan menghilangkan koliform fekal (researchgate.net). Praktik desain EPA/WHO sering menetapkan 30–60 mJ/cm² untuk keandalan.
Ozonisasi untuk inaktivasi paling kuat
Ozon (O₃) adalah oksidator sangat kuat yang dihasilkan di lokasi (korona/UV dari oksigen). Digelembungkan ke air, O₃ merusak dinding sel dan kapsid virus sambil mengoksidasi organik, warna, dan bau. Tidak ada residu kimia; kelebihannya kembali menjadi oksigen.
Kinerja ozon unggul: pada effluent sekunder, 15 mg/L selama 15 menit meniadakan koliform dan bakteri vegetatif (researchgate.net). Pada limbah babi mentah, 100 mg/L memberi ~3,3–3,9 log₁₀ reduksi—lebih baik dari dosis klorin sebanding (scholarsmine.mst.edu). Aturan praktis industri: 1 mg/L selama 1 menit “cukup baik” untuk bakteri dasar, meski CT aktual bergantung beban dan target (watertechonline.com). Ozon juga membantu menurunkan COD dan bau.
Isu produk samping bergantung kimia air: bila ada bromida, ozon membentuk bromat karsinogenik—“tak boleh digunakan” pada air dengan bromida (watertechonline.com). Reaksi dengan organik dapat membentuk senyawa seperti formaldehida (ojs.unida.ac.id). Air terozon cenderung lebih asam dan korosif. Ozon tak bisa disimpan—harus digenerasi on-demand sehingga menambah kompleksitas dan perlu interlock keselamatan.
Biaya: modal dan operasi tertinggi. Generator korona skala besar mengonsumsi kira-kira 10–20 kWh per kg O₃. Energi dan perawatan mendorong biaya, sehingga di antara tiga metode, ozon yang termahal (researchgate.net). Tinjauan lokal menyimpulkan ozonisasi mampu memenuhi tuntutan ketat dan regulasi (ojs.unida.ac.id), biasanya pada skala besar.
Metrik kinerja: 100 mg/L O₃ ≈ ~3,6 log kill di lagoon babi mentah (scholarsmine.mst.edu); 15 mg/L/15 menit meniadakan patogen resisten di effluent sekunder (researchgate.net); 1 mg/L×1 menit sering cukup untuk kontrol bakteri rutin (watertechonline.com).
Perbandingan efektivitas, DBP, dan biaya
Daya inaktivasi baku: ozon ≥ UV > klorin. Contoh, 15 mg/L ozon/15 menit menghapus total koliform dan Pseudomonas di effluent sekunder, sedangkan set organisme sama butuh 32 mg/L klorin/15 menit untuk hasil penuh (researchgate.net). Pada lagoon mentah, 30 mg/L klorin hanya ~2–3 log (scholarsmine.mst.edu) sementara 100 mg/L ozon ~3,6 log (scholarsmine.mst.edu). UV umumnya ~3-log koliform pada ~160 mJ/cm² (researchgate.net). Tabel perbandingan klasik menunjukkan kebutuhan dosis ozon per log-kill jauh lebih rendah; data kompilasi Dr. Gurol menyatakan ozon bisa ~8,5× lebih efisien daripada klorin dioksida (maka lebih unggul dari Cl₂) untuk virus (eco-web.com). Cryptosporidium memerlukan CT klorin sangat tinggi, sedangkan UV cepat menonaktifkan (>4-log di lampu terbaru) (uvsolutionsmag.com).
DBP: klorinasi sering memunculkan biaya regulasi akibat THMs/haloasetat—perlu unit penurun residu/DBP seperti karbon aktif. Ozon tak menyisakan klorin, tapi bisa membentuk bromat bila ada bromida (watertechonline.com). UV praktis tak membentuk DBP berbahaya (waterworld.com), sehingga atraktif untuk kelas reuse tertinggi; regulasi UE untuk Kelas A mensyaratkan filtrasi + disinfeksi (eur-lex.europa.eu).
Biaya: konsensus studi menempatkan biaya total sebagai NaOCl < UV < O₃ (researchgate.net). Biaya klorin didominasi bahan kimia/tenaga kerja; UV/ozon ditentukan investasi dan listrik (eco-web.com). Banyak petani telah memakai pemutih karena “sencillo y económico” (novagric.com). UV butuh investasi awal lebih tinggi namun beban energi jangka panjang rendah (novagric.com). Ozon memerlukan generator, sistem kontak, dan konsumsi energi tinggi.
Panduan pemilihan sistem berdasarkan aplikasi
Komoditas dan risiko paparan: untuk tanaman pangan bernilai tinggi yang dimakan mentah, targetkan mutu setara UE Kelas A/WHO “unrestricted” (E. coli ≤10–100/100 mL dan telur nematoda rendah) (eur-lex.europa.eu) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Ini biasanya butuh perlakuan tersier (filtrasi + disinfeksi). UV (dengan prafiltrasi) atau ozon diprioritaskan karena andal terhadap virus/protozoa tanpa residu toksik. Mencapai limit E. coli Kelas A sulit dengan klorin saja; seusai lagoon, bahkan 30 mg/L Cl sering masih menyisakan >10³ MPN/100 mL (scholarsmine.mst.edu) (eur-lex.europa.eu).
Risiko lebih rendah: untuk non-pangan atau drip/irigasi bawah permukaan pada pohon buah (UE Kelas B/C) atau pakan ternak (WHO “restricted”), standar lebih longgar (hingga 10³–10⁵ CFU/100 mL) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (eur-lex.europa.eu). Di sini, klorinasi moderat bisa memadai; misalnya dosis ~10–20 mg/L selama beberapa menit, khususnya bila air telah melalui lagoon. Residu klorin memberi “bleed-off” patogen di lapangan. Metode kombinasi seperti filtrasi pasir diikuti klorinasi 10 mg/L kerap ekonomis; media pasir seperti sand silica lazim digunakan.
Kualitas air & praperlakuan: effluent keruh/organik tinggi wajib dipisahkan padatan-cairan sebelum UV/ozon. Filtrasi pasir atau DAF ke <10 NTU meningkatkan keandalan UV (novagric.com). Jika padatan masih tinggi, klorin kurang terpengaruh meski DBP memburuk. Bila amonia hadir, klorin membentuk kloramin (aksi lebih lambat) sehingga UV/ozon lebih sesuai. Ringkasnya: di musim hujan atau saat effluent lagoon belum terkondisi, lakukan filtrasi lalu UV atau kontak klorin singkat alih-alih UV pada air mentah.
Skala & biaya: pada usaha kecil (<100 m³/hari), kesederhanaan dan modal rendah mendukung klorin. Bila ada alokasi investasi, unit UV kecil dengan saringan pasir feasible dan bebas handling bahan kimia. Untuk skala besar/terpusat, reaktor UV atau generator ozon menjadi ekonomis seiring waktu. Ozon umumnya dipilih bila target sangat ketat (atau sekaligus ingin oksidasi organik/odor) dan anggaran memungkinkan (ojs.unida.ac.id).
Daya & operasi: klorin butuh daya minimal (pompa) dan pelatihan sederhana. UV memerlukan listrik stabil dan penggantian lampu—unit UV modern dilengkapi wiper/cleaner. Ozon butuh listrik tegangan tinggi dan teknisi terlatih. Novagric mencatat konsumsi energi UV jangka panjang rendah (novagric.com).
Keselamatan & lingkungan: klorin menyimpan risiko handling dan DBP; residu tinggi bisa mengganggu biota tanah. UV/ozon menghindari bahan kimia persisten—UV praktis tanpa dampak effluent (waterworld.com). Ozon toksik jika bocor sehingga interlock keselamatan wajib.
Kepatuhan: desainlah dengan margin keamanan di atas limit indikator. Misalnya untuk 100 FC/100 mL, targetkan >4-log reduksi jika baku awal ~10⁶–10⁷ FC/100 mL. Pedoman UE memberi “log₁₀ reduction credit” per proses (eur-lex.europa.eu) (eur-lex.europa.eu). Jika tanpa aturan lokal, acuan WHO 10³ (unrestricted) atau 10⁵ (restricted) FC/100 mL layak digunakan (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
Praktik lapangan: banyak skema reuse memilih pendekatan hibrida. Untuk reuse ketat (sayur), urutan umum adalah lagoon sekunder → filtrasi pasir → UV (kadang ditambah residu klorin kecil). Untuk reuse moderat (pakan), jalur lagoon → kontak klorin saja kerap dipakai. Di Indonesia, riset dan industri mulai mendorong ozon pada instalasi besar karena mampu memenuhi standar dan adaptif terhadap regulasi (ojs.unida.ac.id), namun biayanya mendorong banyak fasilitas menimbang UV sebagai alternatif praktis berskala menengah.
Ringkasan pilihan teknologi
Tidak ada satu metode “terbaik” untuk semua. Klorin termurah dan paling sederhana—efektif untuk kontrol bakteri rutin dan skala kecil—namun lemah terhadap protozoa dan menimbulkan DBP. UV sangat efektif (terutama pada patogen resisten klorin), bebas bahan kimia, dan cocok untuk target reuse ketat, tetapi perlu air jernih dan pasokan listrik. Ozon paling kuat dan sekaligus mengoksidasi organik, tetapi biaya modal/energi tertinggi dan risiko bromat membatasi pada fasilitas besar. Pemilihan sistem bergantung pada komoditas/risiko paparan (kelas WHO/UE), kualitas effluent (kekeruhan, amonia, organik), serta anggaran/keamanan—disusun sebagai rantai multi-barrier untuk konsisten memenuhi standar mikrobiologis reuse.
Referensi sumber data
Data dan kutipan kunci: Macauley dkk. (2006) “Disinfection of Swine Wastewater…” (scholarsmine.mst.edu); Blumenthal dkk. (2000) pedoman WHO reuse (pmc.ncbi.nlm.nih.gov); Abou‑Elela dkk. (2012) studi komparatif disinfeksi (researchgate.net); Gurol (2005) factsheet irigasi (eco-web.com) (eco-web.com); NCRCRD/Pork Checkoff soal lagoon babi (porkcheckoff.org); Regulasi UE 2020/741 Lampiran I (eur-lex.europa.eu); panduan log-reduction UE 2022 (eur-lex.europa.eu); WaterWorld (umur lampu UV, DBP UV minim) (waterworld.com) (waterworld.com); UV Solutions (efektivitas UV pada Cryptosporidium dan mikro polutan) (uvsolutionsmag.com) (uvsolutionsmag.com); Novagric (prefiltrasi dan OPEX UV rendah) (novagric.com) (novagric.com) (novagric.com); Bali reuse assessment (mdpi.com) (mdpi.com); WaterTech (DBP klorin, aturan 1 mg/L×1 menit ozon, peringatan bromida) (watertechonline.com) (watertechonline.com) (watertechonline.com); UV‑L (catatan DBP dan siklus penggantian lampu) (uv-l.com) (uv-l.com).
