Hydrological Assessment of A Water Hyacinth (Eichhornia Crassipes) Filtration System for Microplastic and Water Quality Improvement in The Krueng Aceh River

Abstract

ABSTRAK: Penelitian ini bertujuan untuk menilai kinerja hidrologis sistem filtrasi berbasis eceng gondok (Eichhornia crassipes) dalam mengurangi mikroplastik di Sungai Krueng Aceh. Pendekatan deskriptif kuantitatif digunakan dengan mengintegrasikan pengukuran lapangan, eksperimen laboratorium, dan simulasi hidrodinamika untuk meneliti bagaimana E. crassipes memodifikasi kecepatan aliran, waktu tinggal, dan retensi mikroplastik pada kondisi aliran terkontrol maupun alami. Hasil penelitian menunjukkan bahwa keberadaan eceng gondok secara signifikan menurunkan kecepatan aliran—dari 3,19 m/s menjadi 1,51 m/s pada pipa berdiameter 1 cm dan dari 0,75 m/s menjadi 0,27 m/s pada pipa berdiameter 2,5 cm—akibat peningkatan resistansi hidraulik oleh struktur akar dan batang. Penurunan kecepatan aliran ini meningkatkan waktu tinggal hidraulik, mendukung sedimentasi mikroplastik, dan proses biofiltrasi. Waktu tinggal yang lebih lama juga meningkatkan kapasitas sistem dalam retensi polutan dan perbaikan kualitas air. Kesimpulannya, sistem biofiltrasi berbasis eceng gondok efektif berfungsi sebagai regulator hidraulik alami, mendukung mitigasi mikroplastik secara berkelanjutan. Implementasinya di sepanjang tepi sungai dengan kepadatan tanaman terkontrol (25–50% dari luas aliran efektif) menawarkan solusi berbasis alam untuk rehabilitasi sungai dan pengelolaan sumber daya air terpadu di lingkungan perkotaan tropis. Temuan ini memberikan implikasi praktis dalam perancangan dan pengelolaan sistem filtrasi berbasis eceng gondok di sungai perkotaan tropis, khususnya melalui pengaturan kepadatan tanaman dan kondisi aliran untuk mengoptimalkan waktu tinggal hidraulik serta meningkatkan efisiensi penurunan mikroplastik.

Kata kunci: Mikroplastik, Filtrasi, Eceng Gondok, Hidrolika, Biofiltrasi

ABSTRACT: This study aims to assess the hydrological performance of a water hyacinth (Eichhornia crassipes)-based filtration system for microplastic removal in the Krueng Aceh River. A quantitative descriptive approach was employed, integrating field measurements, laboratory-scale experiments, and hydrodynamic simulations to investigate how E. crassipes modifies flow velocity, residence time, and microplastic retention under controlled and natural flow conditions. The results show that the presence of water hyacinth significantly reduces flow velocity—from 3.19 m/s to 1.51 m/s in 1 cm diameter pipes, and from 0.75 m/s to 0.27 m/s in 2.5 cm pipes—due to increased hydraulic resistance from root and stem structures. This reduction in flow velocity enhances hydraulic retention time, facilitating microplastic sedimentation and biofiltration processes. The extended residence time further improves the system’s capacity for pollutant retention and overall water quality enhancement. In conclusion, the water hyacinth-based biofiltration system effectively functions as a natural hydraulic regulator, supporting sustainable microplastic mitigation. Its implementation along river margins with controlled plant density (25–50% of the effective flow area) offers a practical nature-based solution for river rehabilitation and integrated water resource management in tropical urban environments. These findings provide practical design and management insights for implementing water hyacinth-based filtration systems in tropical urban rivers, particularly by optimizing plant density and flow conditions to enhance hydraulic retention time and microplastic removal efficiency.

Keywords: Microplastic, Filtration, Water Hyacinth, Hydraulics, Biofiltration