Nitrifikasi Proses Penyisihan Nitrogen Secara Biologis

pada tahap kedua oksidasi nitrit oleh mikroba pengoksidasi nitrit Nitrobacter sp. Tahapan reaksi nitrifikasi menurut Spotte 1979 dalam Pranoto 2007 yaitu : Nitrosomonas sp NH 4 + + 32 O 2 NO 2 - + 2H + + H 2 O Enzim amonia monooksigenase ΔG = -66 Kkal mol N -1 tahap kedua : Nitrobacter sp NO 2 - + 12 O 2 NO 3 - Enzim nitrit oksidase ΔG = -18 Kkal mol N -1 Proses kimiawi nitrifikasi berlangsung menurut reaksi sebagai berikut Van Wyk dan Scarpa, 1999 : 55NH 4 + + 76O 2 + 109HCO 3 - 54NO 2 - + 57H 2 O + 104H 2 CO 3 + C 5 H 7 NO 2 400NO 2 - + NH 4 + + O 2 + 4H 2 CO 3 + HCO 3 - + 195O 400NO 3 = + 3H 2 O + C 5 H 7 NO 2 Menurut EPA 2002 pertumbuhan bakteri nitrifikasi dipengaruhi oleh konsentrasi amonia, suhu, pH, cahaya, konsentrasi oksigen, dan komposisi bakteri. Sedangkan faktor-faktor yang dapat mempengaruhi proses nitrifikasi menurut Ripple 2003 dapat dilihat pada Tabel 5. Tabel 5. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses nitrifikasi Parameter Keterangan Dissolved oxygen DO Nitrifikasi mengkonsumsi oksigen dalam jumlah yang besar. Bakteri nitrifikasi membutuhkan 4.6 mg O 2 untuk mengoksidasi 1 mg amonia. Untuk dapat bekerja bakteri nitrifikasi membutuhkan DO minimal 2 mgl Kandungan BOD Bakteri nitrifikasi akan kalah berkompetisi dengan bakteri heterotrof dalam perebutan DO dan nutrien. Oleh karenanya agar proses nitrifikasi dapat mengambil alih, maka BOD terlarut harus dikurangi hingga nilainya turun menjadi 20-30 mgl untuk mengurangi kompetisi tersebut. pH pH ideal untuk bakteri nitrifikasi adalah 7.5 – 8.5, tetapi bakteri masih dapat beradaptasi pada pH diluar kisaran Suhu 20 – 35 o C, proses nitrifikasi akan melambat drastis pada suhu dibawah 5 o C Rentan terhadap toksin Bakteri nitrifikasi sensitif terhadap pencemar ex: logam berat. Bakteri nitrifikasi menjadi yang pertama mati jika ada pencemaran Umum diketahui bahwa bakteri nitrifikasi merupakan chemolithoautotrophic bacteria ex: Nitrosomonas, Nitrobacter, yang mampu memenuhi kebutuhan karbonnya melalui fiksasi CO 2 siklus Calvin, serta sumber energinya berasal dari proses oksidasi reduksi amonia menjadi nitrat. Namun beberapa strain dari bakteri pengoksidasi nitrit nitrit oxidizing bacteria memiliki kemampuan untuk melakukan metabolisme heterotrof dengan menggunakan substrat karbon sederhana Ward, 2000. Beberapa bakteri denitrifikasi, heterotrof, dan fungi memperlihatkan kemampuan nitrifikasi heterotrof Ward, 2000. Oleh karenanya Alexander 1999 mendefinisikan proses nitrifikasi sebagai proses konversi nitrogen baik itu dalam bentuk organik maupun anorganik, yang melibatkan proses oksidasi dan reduksi. Nitrifikasi heterotrof memiliki reaksi oksidasi yang berbeda dengan bakteri nitrifikasi autotrof, termasuk reaksi yang melepaskan nitrit dan nitrat yang berasal dari dekomposisi nitrogen organik. Diduga bakteri nitrifikasi heterotrof memiliki mekanisme enzim yang berbeda dengan bakteri nitrifikasi autotrof Wehrfritz et al ., 1993 dalam Ward, 2000. Selain itu nitrifikasi heterotrof juga memiliki mekanisme pembentukan energi yang berbeda dengan bakteri nitrifikasi autotrof Castignetti, 1990 dalam Ward, 2000. Nitrifikasi heterotrof tidak memberikan kontribusi yang besar dalam mengkonversi amonia menjadi nitrit dan nitrat Atlas dan Bartha, 1981. Walaupun bakteri nitrifikasi heterotrof tidak efisien dalam mengkonversi amonia, namun jumlahnya yang banyak akan mempengaruhi laju sintesis nitrat Alexander, 1999. Perbandingan laju nitrifikasi oleh bakteri nitrifikasi autotrof dan heterotrof dapat dilihat pada Tabel 6. Tabel 6. Laju nitrifikasi beberapa bakteri nitrifikasi autotrof dan heterotrof Organisme Substrat Produk Laju Perubahan Rate of Formation μgNdayg dry cells Akumulasi Produk max.product accumulation μgNml Arthrobacter heterotrof NH 4 + Nitrit 375 – 9000 0.2 – 1 Arthrobacter heterotrof NH 4 + Nitrat 250 – 650 2 – 4.5 Aspergillus heterotrof NH 4 + Nitrat 1350 75 Nitrosomonas autotrof NH 4 + Nitrit 1 – 30 million 2000 – 4000 Nitrobacter autotrof NO 2 - Nitrat 5 – 70 million 2000 – 4000 Sumber : Focht dan Verstraete 1977 dalam Atlas dan Bartha, 1981

2.5.2 Denitrifikasi

Denitrifikasi merupakan proses dimana nitrat dan nitrit direduksi menjadi gas N 2 , yang pada akhirnya dilepas dari kolom air. Denitrifikasi ini merupakan proses penting untuk mengatur N Keeney et al., 1971. Menurut Woon 2007 proses denitrifikasi berlangsung dalam beberapa tahap, yaitu : Nitrat → Nitrit → Nitric oxide → Nitrous oxide → Dinitrogen gas Salah satu produk gas pada proses denitrifikasi adalah gas N 2 O nitrous oksida. Gas tersebut berpengaruh negatif terhadap lingkungan, yaitu sebagai salah satu penyebab terjadinya efek rumah kaca pemanasan global. Secara alamiah gas tersebut diemisikan dari ekosistem perairan sungai, estuarin, dan daratan. Perairan sungai memberikan sumbangan sebesar 55, estuarin 11, dan daratan sebesar 33. Laju denitrifikasi akan meningkat dengan meningkatnya kandungan nitrat pada sedimen Widiyanto, 2005. Salah satu faktor yang mempengaruhi proses denitrifikasi adalah lingkungan. Lingkungan yang tepat bagi bakteri denitrifikasi adalah lingkungan dengan kandungan oksigen yang rendah atau tidak ada oksigen. Proses denitrifikasi optimum ketika DO nol. pH optimum bagi denitrifikasi adalah 6.5 - 7.5, dan akan menurun hingga 70 pada pH 6 dan pH 8. 2.6 Kualitas Air 2.6.1 pH Konsentrasi ion hidrogen merupakan parameter kualitas air yang penting. Konsentrasi ion hidrogen tersebut dinyatakan sebagai pH yang didefinisikan sebagai logaritma negatif dari konsentrasi ion hidrogen Metcalf dan Eddy, 1991; Van Wyk dan Scarpa, 1999. pH rendah mengindikasikan konsentrasi ion hidrogen yang tinggi, sedangkan pH tinggi mengindikasikan konsentrasi ion hidrogen yang rendah. Nilai pH berkisar antara 0 – 14. Air disebut asam jika pH 7, netral jika pH= 7, dan basaalkali jika pH 7 Van Wyk dan Scarpa, 1999. Pengaruh pH terhadap organisme akuatik menurut Swingle 1969 dalam Boyd 1982 dapat dilihat pada Gambar 5. mati Pertumbuhan lambat Pertumbuhan baik Pertumbuhan lambat mati Tidak ada reproduksi Tidak ada reproduksi 5 6 7 8 9 10 11 4 Gambar 5. Pengaruh pH terhadap organisme akuatik Udang mampu mentolerir pH pada kisaran 7 – 9. Air yang terlalu asam pH6.5 dan air yang terlalu basa pH10 dapat merusak insang udang dan mengganggu pertumbuhan. Walaupun udang dapat hidup pada kisaran pH 7 – 9, tetapi pH sebaiknya dijaga pada kisaran 7.2 – 7.8. Hal ini berkaitan dengan toksisitas amonia, dimana toksisitas amonia semakin meningkat seiring dengan meningkatnya pH. Pada pH kurang dari 7.8 fraksi amonia dalam total amonia nitrogen berkurang sekitar 5 dan pada pH lebih dari 9 sekitar 50 total amonia nitrogen berada dalam bentuk amonia Van Wyk dan Scarpa, 1999.

2.6.2 Suhu

Suhu suatu badan air dipengaruhi oleh musim, lintang latitude, ketinggian dari permukaan air laut altitude, waktu dalam satu hari, sirkulasi udara, penutupan awan, dan aliran serta kedalaman air. Proses suhu berpengaruh terhadap proses fisika, kimia dan biologi badan air Effendi, 2000. Setiap spesies