Di lahan kering, salinitas drainase bisa setinggi 6–70 dS/m (≈3.800–44.600 mg/L TDS) dan nitrat‑N kerap melampaui 50 mg/L. Di tengah ancaman defisit air tawar global ~40% pada 2030, pilihan teknologi—dari kolam evaporasi low‑tech hingga reverse osmosis—tak lagi sekadar teknis, melainkan strategi bisnis air.
Drainase pertanian bukan sekadar air berlebih; ia membawa garam dan nutrien dalam skala industri. Contoh ekstrem: tile drains di cekungan kering seperti California mencatat salinitas masuk 6–70 dS/m (decisiemens per meter; konduktivitas listrik sebagai indikator garam terlarut) atau ≈3.800–44.600 mg/L TDS (total dissolved solids) dan mengangkut ≈0,88 juta ton garam per tahun dari 39×10^6 m^3 drainase (www.fao.org).
Di saat yang sama, permintaan air tawar global diproyeksikan melebihi pasokan ~40% pada 2030 (www.weforum.org). Regulasi di Indonesia menuntut pembuangan yang memenuhi batas nutrien/salinitas yang ketat, sementara target reuse kian ambisius. Teknologi mesti dipilih dengan presisi: sesuai kontaminan dominan dan tujuan akhir—irigasi, pembuangan ke badan air, atau bahkan reuse mendekati air minum.
Kontaminan kunci dan pendorong treatment
Nitrat‑N pada drainase dapat melebihi 50 mg/L (link.springer.com), melampaui batas untuk air minum dan irigasi, sementara selenium (Se) dilaporkan hingga 600 µg/L dan dapat terakumulasi hayati (www.fao.org). Polutan ini membatasi reuse dan mengancam kualitas hilir. Di Indonesia, standar pembuangan dan reuse (mis. Permen LHK 5/2014) menuntut nitrat‑N <10–30 mg/L dan salinitas (Cl⁻, TDS) yang aman bagi tanaman/akuifer—angka yang mudah terlewati oleh drainase tak terolah ≈50+ mg/L NO₃‑N (link.springer.com).
Kolam evaporasi beriklim kering
Kolam evaporasi (solar ponds) mengumpulkan drainase dan membiarkan air menguap, mengonsentrasikan garam hingga menjadi padatan. Di San Joaquin Valley, 28 kolam seluas ~2.800 ha menyimpan 39×10^6 m^3/tahun dari 22.700 ha lahan irigasi, menjebak ~0,88×10^6 ton/tahun garam terlarut—mayoritas NaCl dan thenardite—seraya praktis “menghilangkan” 100% air melalui evaporasi (www.fao.org).
Desain lazim menjaga kedalaman ≥0,6 m agar kerak garam tidak terbentuk (www.fao.org), tetapi prasyarat iklim kering tak bisa ditawar—evaporasi tahunan harus > presipitasi. Jejak lahan besar: kasus ini memakan ~12% dari daerah drainase (www.fao.org).
Nasib polutan: semua garam masuk tertahan di kolam (≈22,6 kg garam per m^3 pada contoh CA; www.fao.org). Kontaminan volatil seperti Se sebagian memvolatilisasi/ mengendap; studi menunjukkan ~60% Se influen tetap di air kolam dengan sisanya terimmobilisasi, namun terjadi “akumulasi tajam” Se pada burung bahkan saat inflow ≤2 µg/L (www.fao.org; www.fao.org; www.fao.org). Nitrat dan polutan nonvolatil lainnya ikut terkonsentrasi di brine sisa.
Biaya: konstruksi didominasi nilai lahan dan pekerjaan tanah. Di daerah kering, kisaran biaya modal setara $20–50 ribu/ha; bila 1 ha kolam menguapkan ~14.000 m^3/tahun, harga lahan $20 ribu/ha menyiratkan ~US$1,4/m^3 (ditambah perawatan minor). OPEX rendah (kontrol vegetasi). Di cekungan San Joaquin, kolam evaporasi tetap “the only economic means of disposal” saat tak ada outlet lain (www.fao.org).
Keterbatasan: jejak lahan 5–15% lahan irigasi; risiko habitat toksik (Se) dan tanggung jawab jangka panjang sedimen/ brine; tidak ada recovery air; tidak menghilangkan nitrat/organik; tidak efektif di iklim basah. Sebagai bagian dari rute zero liquid discharge (ZLD), kolam bisa dipasangkan setelah RO untuk mengecilkan brine—studi ZLD menunjukkan 98% recovery lewat kombinasi RO dan solar ponds (www.mdpi.com).
Bioreaktor denitrifikasi skala lapangan
Bioreaktor “woodchip” bersifat pasif: air dialirkan melalui parit berisi karbon organik (serpih kayu), mikroba anaerob mengubah NO₃⁻ menjadi N₂. Laju penghilangan nitrat lazim 1,5–5,4 g N/m³/hari; reduksi beban tahunan ~6–55% dengan rerata ~30% (link.springer.com). Dengan hydraulic retention time/HRT (waktu tinggal hidraulik) ≥6–8 jam, desain baik mencapai ~50–70% (link.springer.com). Sebaliknya, fosfor total biasanya tidak terangkat (kadang sempat terlarut lalu tersekuester kemudian; link.springer.com).
Secara praktis, konsentrasi sering turun dari ~20–50 mg/L menjadi 10–25 mg/L, dengan denitrifikasi beberapa gram N/m³·hari; pada 3 g/m³·hari dan HRT 10 hari, sekitar 30 mg/L N dapat dihilangkan (link.springer.com).
Biaya: biaya konstruksi rata‑rata ≈US$12.250 per unit (≈US$16.000 pada dolar 2023), setara ~$132/ha‑tahun area yang tertangani; volume media kayu ≈US$108/m³, dan skala lebih besar menurunkan biaya per unit area (R²≈0,90 untuk hubungan biaya vs area) (www.sciencedirect.com). OPEX rendah (kontrol aliran periodik, penggantian media ~10–15 tahun). Program konservasi pemerintah dapat menutup ~70% biaya instalasi (www.sciencedirect.com).
Efektivitas biaya: median biaya per kg N terangkat ≈US$33/kg‑N (rentang luas antar lokasi); menghilangkan 5 kg N umumnya berada di ~US$160–US$250 per kg (memperhitungkan biaya tahunan), ekuivalen ~$0,6–1,0 per m^3 air yang diolah untuk inflow 20 mg/L (www.sciencedirect.com). Jejak lahan kecil (biasanya <1% area lahan untuk bioreaktor 10 m^3 yang menangani 1 ha), operasi pasif, tetapi tidak mengangkat garam/organik dan performa turun di suhu rendah atau debit tinggi. Untuk opsi rekayasa di instalasi terpadu, unit penghilangan nutrien dapat dipertimbangkan bila regulasi nitrat/fosfat ketat.
Studi lanskap menunjukkan manfaat lingkungan yang nyata: reuse ponds di Arkansas memperkirakan penurunan keluaran N ~50% dan penghematan pengambilan irigasi 21% (keuntungan bersih selama 40 tahun), dengan detail pada tile‑drained farms (pubs.acs.org).
Reverse osmosis untuk desalinasi dan reuse
Reverse osmosis/RO (osmosis balik; membran bertekanan tinggi yang menolak ion) sanggup memenuhi standar reuse ketat dengan mengangkat mayoritas ion dan kontaminan. Desain konseptual 300.000 m^3/hari untuk drainase salin moderat memakai dua tahap RO plus thermal/solar ponds mencapai ~98% recovery (≈294.000 m^3/hari permeate), dengan 2% brine sangat pekat yang kemudian diolah termal dan dipondasi untuk mengekstrak ~245.000 ton/tahun garam campuran (www.mdpi.com).
Kualitas air: RO multi‑tahap mengangkat ~95–99% TDS (Na, Cl, Ca, Mg), nitrat, logam, dan banyak organik—memungkinkan air siap irigasi hingga mendekati air minum (www.mdpi.com). Tahap‑1 mereklamasi ~90% feed, tahap‑2 ~60% dari konsentrat; total sistem ~98% recovery (www.mdpi.com; www.mdpi.com). Laboratorium RO sendiri sering 75–90% recovery; kopling dengan thermal/ponds mendorong 95–99%.
Biaya: estimasi CAPEX ~US$116,4 juta untuk 300.000 m^3/hari (~US$396 per m^3/hari kapasitas), OPEX tahunan ~US$48 juta (listrik dan bahan kimia ~75% O&M), menghasilkan biaya produksi ~US$0,46/m^3 air segar—sejalan literatur brackish RO ~US$0,30–0,70/m^3; dibanding SWRO ~US$0,7–1,4/m^3 (www.mdpi.com; www.mdpi.com; www.mdpi.com). Konsumsi energi tinggi: ~1,5×10^8 kWh/tahun untuk 300.000 m^3/hari (~5 kWh/m^3; pada $0,07/kWh ≈ $0,35/m^3 listrik; www.mdpi.com).
Produk samping: brine pekat wajib dikelola. Dalam skema ZLD, ~245.000 ton/tahun garam (NaCl, MgSO₄, CaCl₂) dikristalkan dan bisa dijual (~US$50/ton, ≈US$12,3 juta/tahun; www.mdpi.com). Tanpa ZLD penuh, ~2% brine (~6.000 m^3/hari) perlu dibuang/diuapkan (mis. kolam evaporasi).
Trade‑off: kualitas air terbaik dan pengangkatan garam/nitrat/logam signifikan untuk reuse, serta penghematan volume besar (≈294.000 m^3/hari pada studi kasus; www.mdpi.com), namun CAPEX/OPEX dan tuntutan operasi/pretreatment tinggi serta kewajiban pengelolaan brine. Implementasi ekonomis saat air langka, lahan terbatas, atau standar sangat ketat.
Untuk jalur RO air payau, portofolio brackish water RO berbasis membran Filmtec merupakan konfigurasi umum. Pretreatment melindungi membran dari fouling: skema lazim memakai ultrafiltrasi sebagai pengaman mikro, diikuti media sand/silica filter untuk partikel 5–10 mikron, lalu cartridge filter sebagai proteksi akhir. Untuk organik dan klor bebas, activated carbon sering dipasang. Pada recovery tinggi, antiskalan via membrane antiscalants dengan injeksi terkendali menggunakan dosing pump menjadi elemen penting. Pada skala kota/industri, arsitektur RO/NF/UF memudahkan penyesuaian target kualitas dan footprint.
Perbandingan biaya–manfaat
Jejak lahan/energi: kolam evaporasi perlu lahan luas (mis. 2.800 ha kolam untuk 3,97×10^4 ha pertanian, ~12%; www.fao.org) tetapi hampir nol energi. Bioreaktor menggunakan <1% area lahan dan daya minimal. RO berjejak lahan fasilitas sedang, namun intensif energi (~3–5 kWh/m^3).
Penghilangan polutan: kolam menguapkan air sehingga semua garam mengendap—namun nitrat/organik tidak dihilangkan, hanya terpekat. Bioreaktor menurunkan N selektif (~30–50% beban; link.springer.com) tetapi tidak menyentuh garam. RO mengangkat ~95–99% garam, nitrat, banyak organik/logam. (Sistem wetland dapat memberi penghilangan N moderat (~40–90% tergantung desain) namun tidak dibahas rinci di sini.)
Recovery air: hanya RO yang menghasilkan aliran air bersih. Bioreaktor mempertahankan hampir seluruh volume air (kecuali N₂ gas). Kolam “kehilangan” air ke atmosfer.
Biaya modal: kolam ≈US$10–50 ribu/ha; membangun 2.800 ha bisa setara US$50–100 juta dan tetap cost‑effective bila diamortisasi ke jutaan m^3/tahun. Bioreaktor ≈US$10–20 ribu/unit (mis. ~US$12,3 ribu rata‑rata; ≈US$132/ha‑tahun; www.sciencedirect.com). RO ≈US$400–500 per (m^3/hari) kapasitas; contoh US$116 juta untuk 300.000 m^3/hari (www.mdpi.com; www.mdpi.com).
Biaya operasi: kolam—negligible (perawatan); bioreaktor—sangat rendah (pompa, penggantian media dekadal); RO—~US$0,3–0,5/m^3 (energi & kimia; www.mdpi.com).
Biaya per unit polutan: bioreaktor ~US$25–70/kg‑N (median ~US$33/kg‑N; www.sciencedirect.com). Kolam tak punya metrik “penghilangan” (semua dikonsentrasikan). RO per kg garam lebih rendah karena nilai reuse—contoh 98% dari feed 10 g/L TDS diangkat pada ~US$0,46/m^3, kira‑kira US$0,0027 per kg garam. Namun biaya per m^3 effluent RO ~10–20× air tak terolah, sehingga umumnya dipilih saat nilai reuse tinggi.
Ringkasan ilustratif: kolam menghasilkan 0% air (semua menguap) dengan biaya berbasis lahan ~US$1–2/m^3; risiko lingkungan (Se) dan nihil penghilangan nutrien (www.fao.org; www.fao.org). Bioreaktor mengangkat nitrat ~30–50% (labile), mempertahankan ~100% air, dengan ~US$0,5–1,0/m^3 (≈US$33/kg‑N), footprint kecil, media bertahan ~10–15 tahun (www.sciencedirect.com; link.springer.com). RO mengangkat garam, logam, nitrat ~95–99%, recovery ≥90% (bahkan ~98% pada studi kasus), biaya ~US$0,4–0,5/m^3, energi‑intensif, brine harus dikelola (www.mdpi.com; www.mdpi.com).
Regulasi nasional dan tujuan end‑use
Untuk reuse irigasi, tanaman toleran salin bisa menerima salinitas moderat (mis. <4 dS/m). Dalam skenario ini, RO bisa berlebihan—strategi blending/partial reversal atau jadwal irigasi air sedikit asin bisa memadai. Bila nitrat tinggi, bioreaktor menurunkan beban nutrien sebelum reuse (sebagian N kembali ke lahan sebagai “pupuk” saat air diaplikasikan) (link.springer.com).
Untuk reuse mendekati air minum atau industri, hanya RO (atau treatment lanjutan setara) yang memenuhi standar. Air RO dapat dibaur dengan air segar atau dipakai untuk irigasi bernilai tinggi seperti greenhouse (www.mdpi.com).
Untuk pembuangan lingkungan, kombinasi kolam evaporasi dan wetland bisa memadai (wetland untuk serap nutrien, kolam untuk garam). Di Midwest AS, tailwater pools dipakai untuk mendaur ulang drainase langsung ke irigasi—menangkap 50% N pupuk di lahan dan menghemat pengambilan irigasi 21% (jika melihat farm dengan tile drain)—memberi manfaat bersih 40 tahun (pubs.acs.org).
Rekomendasi dan rute hibrida
Kolam evaporasi paling cost‑effective untuk pembuangan drainase sangat asin saat lahan tersedia dan iklim mendukung. Investasi teknis rendah dan seluruh garam terkonsentrasi, namun tanpa recovery air/nutrien dan ada isu Se jangka panjang (www.fao.org; www.fao.org).
Bioreaktor denitrifikasi unggul saat nitrat adalah masalah utama: umumnya ~30–50% N terangkat (bahkan 30–70% pada kondisi desain; link.springer.com) dengan biaya moderat (~US$33/kg‑N; www.sciencedirect.com), jejak kecil dan O&M rendah, serta manfaat sistemik (penurunan N ~50% dan penghematan air ~21%; pubs.acs.org).
RO memberi kualitas tertinggi dan volume reuse besar dengan recovery ~90–98%, cocok saat air sangat langka atau standar ketat; CAPEX/OPEX tinggi (≥~US$0,4/m^3) dan brine wajib dikelola (www.mdpi.com). Dalam banyak kasus, rute hibrida paling rasional: denitrifikasi lebih dulu, lalu RO untuk desalinisasi, dan kolam untuk brine kecil. Alternatif lain: penyimpanan/ponding in‑season untuk mendaur ulang drainase ke irigasi pada musim kering (dipraktikkan di Midwestern “drainage recycling”; pubs.acs.org).
Pemilihan akhir wajib berbasis data lokal: kadar kontaminan, harga lahan, harga energi, dan kebutuhan end‑use. Angka‑angka di atas—mis. penghilangan N 30–50% untuk bioreaktor (link.springer.com); recovery 98% pada ~US$0,46/m^3 untuk RO skala besar (www.mdpi.com)—memberi benchmark teknis dan ekonomi. Kajian kelayakan spesifik (termasuk limit regulasi Indonesia dan potensi subsidi) akan memunculkan solusi berbiaya terendah dengan manfaat tertinggi.
