Biochar sebagai Media Filter Air

Pencemaran sumber air akibat aktivitas manufaktur, pertambangan, dan urbanisasi (misal, masifnya industri konstruksi) memerlukan sistem pengolahan dan saringan air yang adaptif terhadap berbagai kontaminan. 

Inovasi penggunaan biochar sebagai media filter air kini kian menjawab kebutuhan tersebut dan merupakan teknologi yang sangat prospektif bagi pelaku industri. Material karbon hayati ini menawarkan kemampuan adsorpsi tinggi yang melampaui metode filtrasi pasir tradisional. 

Apa Itu Biochar dan Keunggulannya untuk Filter Air

Biochar merupakan material padat kaya karbon yang dihasilkan melalui pemanasan limbah biomassa pada suhu terkontrol dalam ruang kedap udara. Proses ini secara ilmiah dikenal sebagai proses pirolisis.    

Melalui pirolisis, struktur seluler dari bahan organik seperti sekam padi atau tempurung kelapa diubah menjadi jaringan pori/rongga mikroskopis yang sangat padat. 

Struktur baru ini memiliki luas permukaan spesifik (specific surface area, SSA) yang besar, sering kali melebihi 500m² per gram karbon. Rongga-rongga tersebut bagai magnet bagi polutan berbahaya, menjadikan biochar sebagai media filter air yang unggul. 

Selain itu, proses pemanasan di pirolisis membuat biochar tidak mudah terurai oleh mikroba, menjamin media ini memiliki daya tahan tinggi untuk penggunaan jangka panjang.

Keunggulan ini semakin diperkuat jika menggunakan limbah pertanian yang kaya akan silika alami, seperti sekam padi. Silika ini memperkuat kerangka struktural biochar, memastikan media penyaring air tidak mudah hancur atau mengalami degradasi fisik saat dialiri debit air tinggi.    

Biochar dari sekam padi

Cara Kerja Biochar sebagai Media Filter Air

1.  Penyaringan Logam Berat 

Biochar mengikat logam berat dari aliran air tanah atau limbah cair industri melalui proses kimiawi. Gugus fungsi aktif di permukaan biochar, seperti karboksil dan hidroksil, mengikat ion logam berat sehingga logam tersebut tidak lagi larut atau bergerak bebas di dalam air.

Sebuah penelitian menunjukkan bahwa penggunaan biochar mampu menyisihkan zat besi (Fe) hingga 99,3% dan Mangan (Mn) hingga 98,3%, pada kondisi operasional yang optimal bagi pengolahan air tanah dalam.    

Efikasi tinggi ini menunjukkan bahwa dalam kondisi optimal, air hasil olahan menggunakan biochar dapat mematuhi standar mutu kesehatan lingkungan. Bagi industri yang membutuhkan air proses dengan tingkat kemurnian tinggi, biochar dapat menjadi solusi yang menjaga kualitas air.

2. Menyerap Partikel dan Mikroorganisme

Struktur pori biochar yang kompleks berfungsi sebagai filter mekanis (menangkap partikel padat). Pori-pori mikroskopis ini menjerat partikel-partikel halus dan mikroorganisme yang sering kali masih lolos dari unit saringan pasir konvensional.    

Salah satu indikator utama efektivitasnya adalah kemampuannya mereduksi Chemical Oxygen Demand (COD) rata-rata hingga 74%. 

Dalam pengolahan air, pengurangan COD berarti senyawa organik penyebab utama air berwarna dan berbau telah berhasil dikurangi. Tingkat COD yang rendah berarti air yang dihasilkan jauh lebih jernih, bebas dari aroma yang tidak sedap, dan terasa lebih segar.

Selain polutan kimia, biochar berperan efektif sebagai filter biologis terhadap bakteri patogen. Struktur porinya mampu menangkap bakteri E. coli dengan tingkat pengurangan lebih dari 95%, menghasilkan air dengan tingkat kontaminasi yang jauh lebih rendah.

3. Stabilisasi pH Air

Penggunaan biochar sebagai media filter air sangat membantu dalam melakukan penyesuaian derajat keasaman atau pH air secara alami. 

Biochar umumnya bersifat alkali sehingga dapat menetralkan air tanah atau air baku yang cenderung bersifat asam.    

Stabilitas pH sangat krusial untuk melindungi infrastruktur industri pengolahan air. Air asam mempercepat korosi pada pipa, tangki, dan peralatan berbahan logam lainnya. Usia pakai aset perusahaan dapat diperpanjang dan biaya pemeliharaan infrastruktur dapat ditekan.

Keseimbangan pH yang stabil juga meningkatkan kinerja proses pengolahan air lanjutan di unit hilir. Pengkondisian pH oleh biochar dapat berperan sebagai langkah preventif dalam menjaga integritas operasional fasilitas water treatment plant di kawasan industri.    

Pemakaian Biochar Pada Unit Filtrasi Modular

Dalam implementasi lapangan, unit filtrasi umumnya disusun secara berlapis agar setiap material dapat menjalankan fungsinya secara optimal, dan biochar harus diletakkan pada lapisan yang tepat.

Pada sistem filtrasi gravitasi, susunan media biasanya mengikuti alur penyaringan bertahap dari bawah ke atas.

Step 1

Lapisan kain penyaring atau material berpori halus ditempatkan di bagian dasar untuk menahan media filtrasi agar tidak terbawa aliran air.

Step 2

Lapisan biochar ditempatkan di atasnya sebagai komponen utama filtrasi. Pada banyak desain, ketebalan biochar berada di kisaran 15–20 cm untuk memberikan waktu kontak yang memadai bagi proses adsorpsi dan penjernihan air.

Step 3

Tambahkan lapisan pasir silika atau pasir halus untuk menyaring partikel lumpur, sedimen, dan mikroorganisme terkecil yang tersisa. 

Step 4

Tempatkan lapisan batu kerikil pada bagian teratas untuk menyaring kotoran kasar awal sekaligus menjaga kestabilan susunan media di bawahnya.  

Step 5 - Perawatan

Agar kinerja tetap terjaga, unit filter air memerlukan perawatan berkala melalui metode backwashing untuk menjaga kelancaran laju debit air. 

Penggantian media biochar dilakukan saat kapasitas serap pori telah mencapai titik jenuh, yang biasanya terdeteksi melalui pemantauan kualitas air hasil filtrasi.

Sistem filtrasi ini juga mendukung ekonomi sirkular. Biochar bekas filter yang kaya akan mineral serapan tersebut dapat dimanfaatkan kembali sebagai pembenah tanah untuk meningkatkan kesehatan tanah.

Implementasi Biochar dalam Sistem Pengolahan Air Skala Industri

Aplikasi biochar saat ini telah merambah ke berbagai sistem pengolahan air skala besar guna memenuhi tuntutan kepatuhan regulasi lingkungan. Dalam praktiknya, biochar diintegrasikan ke dalam berbagai unit pengolahan air. 

Keberhasilan integrasi ini sangat dipengaruhi oleh kualitas dan konsistensi material biochar yang digunakan. 

Biochar yang diproduksi melalui teknologi yang terkontrol memberikan kinerja filtrasi yang lebih andal dan mudah diadaptasikan ke sistem yang sudah ada. WasteX, misalnya, memproduksi biochar untuk kebutuhan industri melalui proses pirolisis yang terkontrol. 

Berikut bagaimana industri pengolahan air mengintegrasikan biochar ke dalam operasional mereka:

1. Pengelolaan Air Limpasan Hujan (Stormwater Management)

Biochar digunakan sebagai filter di area operasional terbuka untuk menyerap polutan sisa minyak dan zat kimia sebelum meresap ke dalam akuifer tanah atau badan air permukaan.    

2. Pengolahan Air Limbah Domestik (Sewage Treatment Plant/STP)

Dalam unit STP kawasan industri atau perumahan, biochar bertindak sebagai biofilter yang efisien untuk menurunkan beban organik dan menghilangkan aroma tidak sedap.

3. Pengolahan Air Baku Air Minum (Water Treatment Plant/WTP)

Integrasi biochar pada tahap pretreatment membantu menurunkan kontaminasi logam berat dan residu pestisida dalam air baku, sebelum diproses menjadi air bersih layak konsumsi bagi publik.    

4. Pengolahan Limbah Cair Produksi (Wastewater Treatment Plant/WWTP)

Fasilitas WWTP memanfaatkan biochar untuk mengikat zat warna tekstil atau polutan organik kompleks lainnya, sehingga efluen akhir lebih memenuhi baku mutu buangan industri. 

Kesimpulan

Integrasi biochar dalam media filter air merupakan langkah strategis yang transformatif bagi manajemen sumber daya air di Indonesia. Dengan kemampuannya yang teruji secara ilmiah dalam menyisihkan logam berat, senyawa organik, dan patogen, biochar dapat berperan sebagai komponen pelengkap yang andal dalam sistem penyaringan dan pengolahan air modern.

Pemilihan biochar yang tepat menjadi faktor kunci agar manfaat tersebut dapat dicapai secara konsisten. Pendekatan produksi berbasis pirolisis terkontrol, seperti yang diterapkan oleh WasteX, memungkinkan kinerja penyaringan dan pengolahan air menjadi lebih terjamin.