Malaysian Journal of Analytical Sciences, Vol. 7, No. 1 (2001) 7-11

___________________________________________________________________________________________

Analisis ciri fizikal, kimia dan biologi enapcemar kumbahan bagi kaedah pelupusan aplikasi tanah

Fatiha Suja’, Shahrom Mohd Zain, Hassan Basri

Fakulti Kejuruteraan, Universiti Kebangsaan Malaysia, 43600 Bangi, Selangor Darul Ehsan

(Received 6 September 2000)

Abstrak. Pencirian awal sesuatu enapcemar kumbahan perlu dijalankan sebelum pemilihan kaedah pelupusan kerana enapcemar kumbahan mempamerkan kepelbagaian ciri.-ciri fizikal, kimia dan biologi Kajian ini melaporkan analisis ciri-ciri enapcemar kumbahan bagi penyesuaian pelupusan enapcemar bagi kaedah aplikasi tanah. Parameter yang dikaji termasuk pH, kandungan jumlah pepejal, pepejal meruap, BOD5, COD, kandungan nutrien (jumlah nitrogen kjeldahl, fosforus,& kalium), kolifom najis, telur askaris serta kandungan beberapa logam terpilih (Cd, Cu, Ni, Pb, Zn & Cr). Sampel enapcemar diambil dari tangki pengenap Loji Rawatan Kumbahan Damansara. yang menggunakan sistem rawatan pengudaraan tertambah. Sebanyak 6 persampelan dijalankan bagi setiap selang masa 2 minggu. Nilai pH menunjukkan bahawa kesemua sampel enapcemar adalah sedikit berasid. Jumlah pepejal sampel yang dikaji adalah di antara 0.8% hingga 1.57% pepejal manakala pepejal meruap yang terkandung di dalamnya ialah sebanyak 16.5% hingga 30.9%. Nilai BOD5 yang agak tinggi di dalam sampel menunjukkan kehadiran banyak bahan organik bolehurai. Nisbah COD:BOD5 yang didapati ialah di antara 18 hingga 30. Jumlah koloni kolifom najis yang diperolehi ialah 6.8 x 106/100 ml dan 9.3 x 106/100 ml manakala kehadiran telur askaris tidak dapat dikesan. Nilai N-P-K sampel agak tetap dan agak rendah berbanding dengan nilai bagi enapcemar teraktif dari negara-negara lain dan baja komersial. Kepekatan logam berat didapati lebih rendah dari nilai purata enapcemar yang biasa dilaporkan di USA. Abstract. It is necessary to carry out preliminary characterisation tests before considering sludge disposal options since sewage sludges exhibit wide variations in their physical, chemical and biological properties. This paper reports the analysis of sewage sludge characteristics with respect to its suitability for land application. The parameters investigated were pH, total solids content, volatile solids, BOD5, COD, nutrients (total kjeldahl nitrogen, phosphorus & potassium), fecal coliform, ascaris ova and some selected metals (Cd, Cu, Ni, Pb, Zn & Cr). Samples were collected from the secondary sludge settling tank at the Regional Sewage Treatment Plant in Damansara, Kuala Lumpur which employs an extended aeration treatment system. The results for pH show that the sludge was slightly below neutral for all samples. Total solids values ranged from 0.8% to 1.57% solid in which the volatile solids contents were from 16.5% to 30.9%. The BOD5 values were quite high indicating the present of much biodegradable organic matter. It was interesting to note that the COD:BOD5 ratio of the sludge samples which ranged from 18 to 30. Total colonies of coliform were 6.8 x 106/100 ml and 9.3 x 106/100 ml while ascaris ova were non detectable. The results indicated relative consistency in the concentration of N-P-K which were also lower than the normal range expected from similar sludge as well as commercial fertilizer. The concentration of the heavy metals in the sludge samples were much lower than those reported to be normally present for similar sludges in the USA. ___________________________________________________________________________________________ Keywords: sewage sludge, characterisation, land application

Pengenalan

Enapcemar kumbahan dihasilkan dari loji rawatan kumbahan dalam bentuk pepejal, separa pepejal atau cecair. Bahan cemar dari proses rawatan kumbahan terkumpul di dalam enapcemar. Jika tidak diuruskan dengan baik, bahan cemar ini boleh mendatangkan kesan buruk kepada kesihatan dan persekitaran. Terdapat 4 jenis enapcemar kumbahan iaitu enacemar dari rawatan kumbahan peringkat pertama, kedua, dan ketiga serta enapcemar tangki septik.

Penyelenggaraan dan pelupusan enapcemar kumbahan dianggap sebagai fasa yang paling bermasalah dalam proses rawatan kumbahan. Masalah yang paling utama ialah isipadu enapcemar yang

tinggi dan secara langsung meningkatkan kos penyelenggaraannya. Pada masa ini, dianggarkan 3 juta meter padu enapcemar kumbahan dihasilkan setiap tahun manakala jumlah kos pengurusannya dianggarkan sebanyak RM1 bilion [1]. Jumlah enapcemar yang dihasilkan ini dijangka meningkat hingga ke 7 juta meter padu pada tahun 2020.

Negara Malaysia belum lagi mempunyai kemudahan penyelenggaraan enapcemar yang teratur. Enapcemar yang dihasilkan samada dibuang bersama sisa pepejal lain ke tapak pelupusan atau dilupuskan ke parit-parit cetek. Isipadu enapcemar yang semakin meningkat mendesak kepada suatu kaedah rawatan dan pelupusan yang lebih sistematik dan sesuai untuk persekitaran.

FATIHA SUJA’ et al.: ANALISIS CIRI FIZIKAL, KIMIA DAN BIOLOGI ENAPCEMAR KUMBAHAN

Berbagai kaedah dicadangkan untuk pelupusan enapcemar sama ada dalam bentuk cecair atau pepejal yang telah dikeringkan. Di antaranya termasuk pembaikpulihan tanah hutan, tebusguna tanah, kambusan atau pengkomposan. Komposisi enapcemar kumbahan bergantung terutamanya kepada ciri-ciri air kumbahan yang memasuki loji rawatan. Oleh itu pencirian awal parameter yang dikehendaki adalah perlu untuk menilai kesesuaian sesuatu kaedah pelupusan yang telah ditetapkan.

Kandungan logam berat, bahan organik kimia berbahaya, kurasan nitrat dan patogen merupakan faktor yang perlu dikaji bagi kepentingan persekitaran jika pelupusan enapcemar adalah bagi tujuan pertanian, pembaikpulihan tanah atau kambusan. Dalam kajian ini, ciri-ciri enapcemar yang dikaji termasuk pH, jumlah pepejal, jumlah pepejal meruap , COD, BOD5, jumlah nitrogen kjeldahl, fosforus, kalium, kolifom najis, telur askaris dan logam berat terpilih (kadmium, kromium, kuprum, plumbum, nikel dan zink).

Metodologi Persampelan Sebanyak enam sampel enapcemar kumbahan diambil dari Pusat Rawatan Kumbahan Damansara setiap 2 minggu dalam tempoh 3 bulan. Sampel dimasukkan ke dalam botol polyethylene dan kemudian disimpan ke dalam bekas yang berisi ais sebelum dibawa ke makmal untuk dianalisa. Bagi penentuan pH, jumlah kandungan pepejal, BOD5, kolifom najis dan telur askaris, analisa dilakukan dengan secepat mungkin. Pengawetan dilakukan terhadap sampel yang akan dianalisa kandungan nutrien, logam dan COD. Asid nitrik digunakan untuk mengawet sampel bagi penentuan logam manakala asid sulfurik digunakan untuk pengawetan sampel nutrien dan COD. Asid dicampurkan ke dalam sampel sehingga pH <2 dicapai. Sampel yang telah diawet disimpan di dalam bilik sejuk bersuhu 40C sehingga analisa dijalankan.

Jadual 1 : Kaedah Analisis

Parameter Kaedah pH ORION 250A,USA Jumlah kandungan pepejal 2540B [2] Pepejal meruap 2540E [2] BOD5 5210B [2] COD DR2010-8000 (Hach USA) Fosforus DR2010-8190 (Hach USA) Kalium DR2010-8049 (Hach USA) Jumlah nitrogen kjeldahl DR2010-8075 (Hach USA) Kolifom najis DR2010-8074 (Hach USA) Telur askaris [3] Pencernaan logam 3030E [2] Analisa Logam (Cd, Cr, Cu, Ni, Pb & Zn) 3110 [2]

Kajian Makmal Kaedah analisis setiap parameter yang dikaji ditunjukkan pada Jadual 1 di bawah. Spektrofotometer Hach DR 2010 digunakan untuk penentuan kandungan nutrien (jumlah nitrogen kjeldahl, fosforus dan kalium), COD dan kolifom najis manakala spektrofotometer penyerapan atom digunakan untuk analisa logam berat.

Keputusan dan Perbincangan

Jadual 2 menunjukkan keputusan ujian pencirian enapcemar kumbahan bagi pH, jumlah pepejal, kandungan pepejal meruap, COD, BOD5, koloni kolifom najis dan telur askaris.

Daripada keputusan yang diperolehi, nilai pH untuk setiap sampel adalah sedikit berasid. Penentuan nilai pH enapcemar kumbahan bagi teknik aplikasi tanah adalah penting kerana ia boleh mengganggu pH tanah. Nilai pH yang rendah (< pH 6.50) di dalam tanah boleh menggalakkan kurasan logam berat berlaku sementara nilai pH yang tinggi (> pH 11) boleh melesukan aktiviti bakteria di dalam tanah. Tanah yang mempunyai nilai pH yang neutral atau lebih tinggi dapat menghalang pergerakan logam berat melaluinya [4].

Kandungan jumlah pepejal untuk sampel A, B, C, E dan F ialah antara 8000 mg/l (0.8 %) hingga 15,700 mg/l (1.57 %). Nilai yang diperolehi adalah setara dengan kandungan pepejal enapcemar teraktif yang belum dipekatkan iaitu sebanyak 0.5 % hingga 2 % [5]. Walaubagaimanapun, sampel D menunjukkan kandungan jumlah pepejal yang tinggi iaitu 40,250

8

FATIHA SUJA’ et al.: ANALISIS CIRI FIZIKAL, KIMIA DAN BIOLOGI ENAPCEMAR KUMBAHAN

Jadual 2 : Keputusan Pencirian Enapcemar Kumbahan dari Pusat Rawatan Kumbahan Damansara, KL

Kepekatan Sampel A B C D E F

PH 6.30 6.32 6.70 6.43 6.61 6.85 Jumlah pepejal (mg/L) 12433 10517 12450 40250 8764 15683 Pepejal meruap (mg/L) 3687 3253 3530 6653 2177 2886 COD (mg/L) 10292 9258 11917 30408 7533 19733 BOD5 (mg/L) 550 470 553 1267 477 527 Kolifom najis (no/100 ml) 7.2 x 106 6.8 x 106 7.4 x 106 8.4 x 106 9.3 x 106 8.7 x 106 Telur askaris TD TD TD TD TD TD

*TD Tidak Dikesan

Jadual 3 : Nilai N-P-K Sampel Enapcemar Kumbahan

Parameter Kepekatan Sampel (% pepejal) A B C D E F TKN 2.6 1.3 1.0 0.8 4.1 3.1 Fosforus 8 x 10 - 4 0.006 0.004 0.003 0.008 3 x 10 - 4 Kalium 0.6 0.7 0.6 0.2 0.8 0.5

Jadual 4: Perbandingan Nilai N-P-K

Ujian Kepekatan Sampel (% pepejal) Enapcemar Teraktif [8] Kajian ini Baja [9] TKN 2.4 - 5.0 2.15 3.5 - 6.4 Fosforus 2.8 - 11.0 0.004 0.8 - 3.9 Kalium - 0.6 0.2 - 0.7

mg/l (4%). Ini mungkin disebabkan oleh lokasi paip sedutan yang agak hampir dengan ruang penyebaran enapcemar menyebabkan pengambilan sampel enapcemar yang agak pekat. Sampel D turut mempunyai nilai COD dan BOD5 yang tinggi jika dibandingkan dengan sampel lain.

Penentuan pepejal meruap di dalam enapcemar kumbahan dapat digunakan untuk anggaran kandungan bahan organik di dalamnya. Daripada keputusan yang diperolehi menunjukkan kandungan pepejal meruap ialah antara 2,100 mg/l hingga 3,700 mg/l iaitu 16.5% hingga 30.9%. Sampel D menunjukkan kandungan pepejal meruap yang tinggi iaitu 6653 mg/l. Kandungan ini menunjukkan bahawa enapcemar kumbahan yang dikaji adalah agak stabil kerana kebanyakan enapcemar yang tidak stabil mengandungi 75% hingga 85% pepejal meruap berat asas kering[4].

Nilai BOD5 yang agak tinggi di dalam sampel menunjukkan kehadiran banyak bahan organik bolehurai. Aplikasi tanah secara terus perlu dikendalikan dengan berhati-hati untuk mengelakkannya daripada bertukar kepada keadaan septik dengan cepat. Ini akan menyebabkan bau busuk yang boleh mengganggu keadaan sekitar. Nisbah COD:BOD5 yang didapati ialah antara 18 hingga 30. Kadar ini adalah jauh lebih tinggi daripada kadar yang diperolehi bagi kumbahan domestik

mentah. Ini merupakan kesan kepekatan dan penukaran bahan organik bolehurai kepada bentuk yang lebih stabil.

Kolifom najis merupakan bakteria bukan patogen tetapi bilangan koloninya merupakan suatu ukuran atau penunjuk yang boleh dipercayai terhadap kualiti bakteria secara umumnya. Keputusan yang diperolehi menunjukkan jumlah koloni yang didapati ialah antara 6.8 x 106/100 ml hingga 9.3 x 106/100 ml. Lazimnya jumlah koloni kolifom najis di dalam enapcemar kumbahan yang tidak stabil ialah 1.0 x 109/100 ml [4]. Ini menunjukkan jumlah koloni kolifom najis yang diperolehi adalah lebih rendah daripada nilai tersebut.

Bagi ujian penentuan telur askaris, tiada data yang diperolehi. Walaubagaimanpun, mungkin kajian yang lebih terperinci atau kaedah lain boleh digunakan untuk menentukan kehadiran telur cacing parasit ini. Kemungkinan juga tiada telur askaris di dalam sampel enapcemar tersebut atau kandungannya yang terlalu rendah. Tiada kaedah terpiawai yang khusus untuk pengiraan telur cacing parasit [6]. Untuk sampel yang mengandungi telur cacing parasit yang terlalu rendah, maka kaedah pengesanan yang perlu digunakan ialah yang mengandungi kadar perolehan yang tinggi atau penggunaan isipadu sampel yang tinggi.

9

FATIHA SUJA’ et al.: ANALISIS CIRI FIZIKAL, KIMIA DAN BIOLOGI ENAPCEMAR KUMBAHAN

Jadual 3 menunjukkan kepekatan TKN, fosforus dan kalium di dalam sampel enapcemar yang diuji. Jika dibandingkan data yang diperolehi dengan data nilai baja komersial dan data enapcemar teraktif seperti di dalam Jadual 4, data yang diperolehi adalah lebih rendah. Unsur-unsur nutrien yang rendah ini dapat berperanan sebagai baja tambahan kepada tanaman untuk tumbesaran.

Jadual 5: Perbandingan nilai kepekatan logam berat (mg/l)

Logam Berat USEPA, purata [4] Kajian ini, purata Kadmium 5 0.046 Kromium 50 0.517 Kuprum 250 1.756 Nikel 150 0.288 Plumbum 25 0.825 Zink 750 8.747

Jadual 5 menunjukkan nilai kepekatan logam berat (Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, & Zn) yang terdapat di dalam sampel enapcemar kumbahan yang dikaji. Perbandingan yang dibuat antara nilai sampel dan nilai yang biasa dilaporkan di USA menunjukkan nilai kajian yang diperolehi adalah rendah. Ini menunjukkan sampel berpunca dari kumbahan domestik sahaja dan bukan campuran kumbahan industri. Kehadiran logam berat dengan nilai kepekatan yang rendah mungkin berpunca daripada persekitaran dan cara hidup penduduk di kawasan tersebut. Jika dibandingkan antara 6 jenis logam berat tersebut, zink mencatatkan nilai tertinggi iaitu 8.747 mg/l dan kadmium mencatatkan nilai yang terendah iaitu 0.046 mg/l.

Jadual 6 menunjukkan perbandingan kepekatan logam berat antara kajian dan had kepekatan tertinggi bahan cemar Bahagian 503 [4].

Had kepekatan ini ialah had tertinggi kepekatan bahan cemar yang dibenarkan untuk aplikasi enapcemar kumbahan ke tanah Sekiranya kepekatan logam berat ini mencapai kepada had yang dibenarkan, maka enapcemar kumbahan ini tidak boleh diaplikasikan ke tanah. Kajian yang dibuat menunjukkan kepekatan logam berat yang dikaji adalah lebih rendah daripada had yang dibenarkan.

Julat kepekatan logam berat yang biasa terdapat di dalam tanah ditunjukkan pada Jadual 7. Masalah yang timbul sekiranya tiada kawalan terhadap aplikasi enapcemar kumbahan ke tanah ialah peningkatan terhadap kepekatan logam berat di dalam tanah. Kepekatannya akan meningkat di dalam tanah jika aplikasi enapcemar kumbahan dilakukan secara berulang-ulang. Ini terjadi disebabkan logam berat tidak boleh dimusnahkan sepertimana bahan organik yang boleh diuraikan.

Kesimpulan

Enapcemar kumbahan biasanya mempunyai ciri-ciri yang agak berbeza bergantung kepada sumber dan komposisi air buangan iaitu sama ada ianya berbentuk domestik atau telah bercampur dengan air buangan industri yang telah dilakukan rawatan awal. Kepekatan nilai logam berat yang rendah menunjukkan dengan agak jelas bahawa aliran yang memasuki loji adalah air buangan domestik iaitu air kumbahan dari kawasan perumahan Taman Tun Dr. Ismail. Jika enapcemar cecair hendak diaplikasikan terus ke tanah, langkah berjaga-jaga perlu diambil. Ini untuk mengelakkan pengurangan kualiti tanah disebabkan kepekatan BOD5 yang tinggi di dalam enapcemar. Nilai nutrien yang rendah boleh digunakan sebagai tambahan bagi baja sedia ada bagi tujuan pertanian.

Jadual 6: Perbandingan nilai kepekatan logam berat (mg/kg, berat kering)

Logam Berat Had kepekatan tertinggi bahan cemar

bahagian 503 [4] Kajian ini, purata

Kadmium 85 2.83 Kromium 3000 35.81 Kuprum 4300 109.66 Nikel 840 17.92 Plumbum 420 49.82 Zink 7500 230.73

Jadual 7: Julat Kepekatan Logam Berat di Dalam Tanah

Logam Berat Julat kepekatan logam berat di dalam tanah , ppm [9] Kadmium 0.01 - 0.70 Kromium 1 - 1000 Kuprum 2 - 100 Nikel 2 - 200 Plumbum 5 - 500 Zink 10 - 300

10

FATIHA SUJA’ et al.: ANALISIS CIRI FIZIKAL, KIMIA DAN BIOLOGI ENAPCEMAR KUMBAHAN

Rujukan 1. Abdul Kadir Mohd. Din & Mohd. Haniffa Abdul

Hamid (1998) The Management of Municipal Wastewater Sludge in Malaysia, Pembentangan kertas kerja di IEM talk on Sewage Sludge Management Issues, 18 Ogos 1998. Petaling Jaya.

2. American Public Health Agency (APHA) (1995) Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater Edisi 19. New York.

3. Yanko, W. A. (1987) Occurance of Pathogens in Distribution and Marketing Municipal Sludges County Santitation Districts of Los Angeles County, Whittier, CA. NTIS Publication # PB88-154273-AS, ms. 159-161.

4. USEPA, (1995) Process Design Manual for Land

Application of Sewage Sludge and Domestic Septage. EPA/625/R-95/001. Washington, DC.

5. Hammer, M.J. (1998) Water and Wastewater Technology, Edisi ketiga. New Jersey, Prentice Hall Inc.

6. Ayres R.M. et al (1991) Comparison of Techniques for the Enumeration of Human Parasitic Helmith Eggs in Treated Wastewater Environmental Technology Jilid 3 Publications Division Selper Limited. ms 617-623.

7. Metcalf & Eddy Inc. (1989) Wastewater Engineering: Water, Treatment and Disposal. Edisi ketiga. New York: McGraw-Hill.

8. Lindsay W.H (1979) Chemical Equilibrium in Solids, Jilid 24. John Wiley & Sons ms 449.

11