2.3. Perubahan Biologis Limbah Organik
Tujuan pengolahan air limbah secara biologis pada air buangan adalah untuk menurunkan komponen khususnya senyawa organik sampai pada batas yang
aman terhadap lingkungan dengan memanfaatkan mikroorganisme. Untuk melanjutkan kelangsungan hidup dan aktivitas mikroorganisme, dalam
media pertumbuhannya harus tersedia: 1 Sumber energi
2 Karbon untuk bahan pembentukan seluler yang baru. 3 Unsur-unsur hara anorganik seperti nitrogen N, belerang S, fosfor
P, kalium K, kalsium Ca dan magnesium Mg, dan sedikit unsur Zn, Mn, Mo, Se, Cu, Ni, dan V Stanier
et al., 1986. 4 Hara organik sebagai faktor petumbuhan dibutuhkan juga untuk
pembentukan sel. 5 Kondisi lingkungan yang optimal, seperti pH dan suhu.
Untuk memenuhi kebutuhan hara-hara tersebut, mikroorganisme pengurai melakukan perombakan terhadap senyawa-senyawa organik kompleks.
Sebagai sumber karbon untuk pertumbuhan mikroorganisme diperoleh dari dua sumber yaitu berasal dari bahan organik dan karbondioksida.
Mikroorganisme yang menggunakan bahan organik sebagai sumber karbon dan energinya disebut
heterotrof, sedangkan yang berasal dari karbondioksida disebut
ototrof. Konversi karbondioksida menjadi jaringan sel organik merupakan proses reduksi yang membutuhkan masukan energi, sehingga mikroorganisme
ototrof lebih banyak menggunakan energi dari organisme lain yang menyebabkan pertumbuhannya lebih lambat dari heterotrof. Energi yang
dibutuhkan oleh mikroorganisme tersebut dapat berasal dari cahaya disebut fototrofik atau juga berasal dari reaksi oksidasi kimia disebut kemotrofik.
Organisme-organisme penting yang berperan dalam pengolahan limbah adalah organisme kemototrof bakteri-bakteri nitrifikasi atau organisme kemoheterotrof
yang didalamnya selain bakteri termasuk juga protozoa dan fungi. Selain karbon dan energi yang dibutuhkan untuk pembentukan sel oleh
mikroorganisme, dibutuhkan juga hara organik yang disebut juga sebagai faktor pertumbuhan. Setiap organisme membutuhkan faktor pertumbuhan yang
berbeda-beda. Macam-macam faktor tersebut dikelompokkan menjadi tiga kelompok, yaitu: 1 asam amino, 2 purin dan pirimidin dan 3 vitamin Stanier
et al., 1986
Populasi organisme yang aktif dalam pengolahan limbah cair biasanya merupakan campuran, kompleks dan saling ketergantungan interrelasi. Dalam
hal ini dicontohkan dalam satu sistem reaktor aerobik tunggal terdapat jenis-jenis mikroba
Pseudomonas, Nocardia, Flavobacterium, Achromobacter, dan Zooglea secara bersama-sama dengan organisme-organisme berfilamen seperti
Beggioata dan Spaerotilus Stanier et al., 1986. Dalam kerjasamanya ini bakteri bekerja menguraikan senyawa-senyawa organik dari influen, sedangkan
protozoa memakan sebaran bakteri yang tidak terflokulasi, dan rotifer memakan partikel flok yang kecil dan tidak terendapkan dalam efluen.
Klasifikasi pengolahan air limbah secara biologis dapat dilakukan berdasarkan tiga pendekatan Grady dan Lim, 1980, yaitu berdasarkan:
1 Lingkungan proses biologis Pengolahan limbah secara biologis merupakan proses biokimia yang dapat
berlangsung dalam lingkungan utama, yaitu lingkungan aerobik dan lingkungan anaerobik. Lingkungan aerobik adalah lingkungan yang memiliki
kandungan oksigen terlarut dissolved oksigen, DO di dalam air terdapat
cukup banyak, sehingga oksigen bukan merupakan suatu faktor pembatas. Lingkungan anaerobik, yaitu tidak terdapat atau sedikit sekali oksigen
terlarut terdapat dalam air, sehingga oksigen menjadi faktor pembatas berlangsungnya proses metabolisme.
2 Jenis perubahan biologis yang terjadi. Dalam rangka menyisihkan bahan organik yang terlarut, mikroorganisme
yang ada menggunakan bahan organik sebagai hara bagi pertumbuhannya menjadi sel-sel baru dan karbondioksida. Proses perubahan biologis terjadi
dengan berbagai macam cara sesuai dengan mikroorganisme yang berperan didalamnya, misalnya jenis mikroba ototrof atau heterotrof
Loosdrecht dan Jetten, 1998. Pada kondisi anaerobik terjadi proses asidogenesis, asetogenesis dan metanogenesis Beteau, 1997. Sedangkan
pada kondisi aerobik dan anoksik terjadi proses pengubahan nitrifikasi dan denitrifikasi.
3 Konfigurasi bioreaktor Konfigurasi bioreaktor disusun dalam rangka mencapai efisiensi proses yang
tinggi untuk mencapai standar kualitas efluen yang diinginkan.
Perombakan senyawa organik oleh mikroorganisme kemoheterotrof dapat digambarkan sebagai berikut Verstraete dan van Vaerenbergh, 1986:
Pada dasarnya ada dua mekanisme prinsip penghilangan nitrogen N yaitu mekanisme asimilasi dan mekanisme nitrifikasi-denitrifikasi Gambar 1.
Gambar 1. Transformasi nitrogen didalam proses pengolahan secara biologis Metcalf dan Edy, 1991
Dari Gambar 1 terlihat bahwa nitrogen dalam air berada dalam berbagai bentuk, yaitu:
1 Gas nitrogen N
2
terlarut 2 Nitrogen organik yang terikat dalam bahan organik berprotein.
3 Amonia terion dan tidak terion NH
4 +
dan NH
3
Karbohidrat Protein
Hidrokarbon CO
2
+ H
2
O + NH
4 +
+ Mineral + Sel-sel mikroba
O
2
mikroorganisme
N-organik Sel bakteri baru
N-organik protein; urea
Amonia Nitrogen N-organik
sel-sel bakteri
Nitrit NO
2 -
Nitrat NO
3 -
Gas N
2
denitrifikasi
O
2
O
2
Penguraian dan autoksidasi
Karbon Organik
asimilasi
n itrifik
a si
4 Ion nitrit NO
2 _
5 Ion nitrat NO
3 _
Menurut Loosdrecht dan Jetten 1998, proses-proses mikrobial yang baru telah banyak memberikan informasi dan kemungkinan-kemungkinan baru dalam
proses daur nitrogen. Kemungkinan-kemungkinan baru dalam konversi senyawa nitrogen ini telah menambah sistem pengolahan limbah secara biologis menjadi
lebih kompleks. Misalnya adanya peluang terjadinya denitrifikasi aerobik dan nitrifikasi heterotrofik, oksidasi anaerob amonium ataupun proses denitrifikasi
oleh bakteri nitrifikasi ototrof. Peluang terjadinya proses-proses ini digambarkan dalam Gambar 2.
Hal ini didukung oleh Holman dan Wareham 2005 yang dalam penelitiannya menemukan bahwa
Nitrobacter lebih tidak menyukai pada kondisi lingkungan DO rendah dari pada
Nitrosomonas, sehingga operasi yang dilakukan pada DO rendah akan menghambat pertumbuhan
Nitrobacter yang mengarah kepada pembentukan nitrit. Meskipun demikian tetap ditemukan adanya
penurunan nitrogen yang signifikan, sehingga diduga terjadi proses denitrifikasi aerobik yang melalui jalur yang tidak seperti biasa.
Gambar 2. Beberapa kemungkinan terjadinya peyisihan nitrogen secara biologis
Loosdrecht dan Jetten, 1998
Keterangan : Nitrifikasi
Asimilasi Denitrifikasi
N-fiksasi Anammox
Denitrifikasi oleh nitrifier
N-organik NH
2
OH HNO
2
HNO
3
NH
3
N
2
H
3
N
2
N
2
O NO
Secara umum daur penyisihan nitrogen dalam limbah cair yang terjadi pada sistem pengolahan limbah cair dengan dua tahapan nitrifikasi dan denitrifikasi
seperti digambarkan oleh Dold et al. 1980 Gambar 3..
Gambar 3. Daur nitrogen dalam proses penyisihan biologis Dold et al., 1980
2.4. Sistem Pengolahan Biologis Limbah Agroindustri
Kategori