30 secara fisik yang akan menentukan besarnya penyerapan polutan terhadap
bahan. Arang aktif yang digunakan memiliki kadar air paling tinggi dari
bahan pengisi lainnya. Arang aktif dipilih sebagai bahan pengisi biofilter karena memiliki sifat penyerapan yang selektif, terutama terhadap bahan
nonpolar. Nilai pH arang aktif cenderung netral, namun untuk mengantisipasi cepat basanya kondisi arang aktif, maka diberikan dolomit 2 dari berat
bahan pengisi. Dolomit berfungsi sebagai penstabil nilai pH. Dalam hal ini kadar karbon arang aktif lebih tinggi dibanding bahan pengisi lain. Karena
komponen utama arang aktif adalah karbon yang diberikan perlakuan untuk mengaktifkan ion pada arang. Menurut Djatmiko et al., 1985 nilai pH sangat
berpengaruh dalam proses adsorbsi secara fisik, karena pH mempengaruhi kelarutan suatu zat. Sifat adsorbsi disebabkan karena adanya perbedaan
muatan listrik, perbedaan potensial dalam sifat kimia dan perbedaan potensial panas. Muatan listrik dari arang adalah elektro positif dalam larutan asam dan
elektro negatif dalam larutan alkali. Bahan pengisi tanah, memiliki kandungan kadar air yang paling
tinggi. Hal ini sangat memungkinkan tercukupi kebutuhan air untuk pertumbuhan bakteri dan proses lainnya dalam kolom baik secara kimiawi,
fisis maupun biologis. Biofilter kompos juga memiliki kadar air yang relatif tinggi, selain itu nilai pH kompos juga cenderung netral. Devinny et al.,
1999 kompos yang sudah jadi memiliki banyak ragam dan populasi mikroorganisme. Selain itu, kompos memiliki pH yang netral, kadar air tinggi
dan kandungan bahan organik tinggi.
B. BIOFILTER KORAL 1. Kinerja Penghilangan Amoniak
Bahan pengisi koral merupakan bahan anorganik dengan komponen utama penyusunnya adalah kapur karbonat, sedangkan kapur karbonat
adalah hasil ekskresi batu koral saat masih hidup. Karakteristik ini
31 mempengaruhi koral yang cenderung memiliki sifat buffer asam yang kuat
dan mempengaruhi nilai pH kolom. Pada H-0 biofilter dioperasikan hingga hari ke tujuh, konsentrasi
inlet yang diberikan adalah fluktuatif antara 0.09 sampai 0.40 ppm. Outlet biofilter berkisar antara 0.04 sampai 0.10 ppm. Pada Gambar 6a dapat
dilihat efisiensinya sangat beragam. Kondisi awal operasi, efisiensi biofilter adalah 67 kemudian berangsur naik menjadi 86 pada hari ke 5.
Kemudian kembali mengalami penurunan sampai 44 pada hari ke 9. Fase ini adalah masa penyesuaian kolom biofilter beroperasi. Nilai pH pada fase
ini berkisar antara 7.78 – 7.99. Gambar 6d menunjukan kisaran nilai pH ini menunjukkan aktifitas bakteri yang sedang dalam tahap penyesuaian dengan
aktifitas fisiko-kimiawi bahan pengisi, selain itu nilai pH ini menunjukkan bahwa telah diproduksinya nitrat sebagai hasil oksidasi amoniak oleh
bakteri. Nitrat yang terbentuk pada hari ke-7 adalah 1918.70 ppm. Fasa penyesuaian ini menunjukkan bahwa semua kondisi dalam
keadaan baru. Pertumbuhan bakteri pengoksidasi amoniak sangat pesat, sehingga amoniak dapat teroksidasi dengan baik. Pembentukkan nitrat yang
sangat tinggi terjadi pada hari ke-7. Pada hari ke 10, konsentrasi inlet dinaikkan menjadi 1.04 ppm
hingga 1.29 ppm pada hari ke 14. Efisiensi biofilter naik berkisar antara 93- 96. Pada fase ini Nitrosomonas sp. sedang melakukan aktifitas oksidasi
amoniak dengan baik sehingga terbentuk nitrat sebesar 80.30 ppm. Pada hari ke 21, inlet ditambahkan 2.37 ppm. Bakteri sudah berada
pada fase lisis, karena beban yang ditambahkan banyak tetapi bahan organik yang tersedia terlalu sedikit. Hal ini juga dibuktikan nitrat yang terbentuk
cenderung menurun, yaitu 77.80 ppm, sehingga pH kolom cenderung basa. Demikian halnya pada hari ke 22, inlet yang ditambahkan sebesar 2.49 ppm.
Suasana kolom lebih basa karena kondisi sebelumnya juga demikian. Nitrat yang terbentuk lebih sedikit, yaitu 74.32 ppm. Gambar 6c menunjukkan
biofilter dengan bahan pengisi koral ini memiliki kapasitas penyerapan sebesar 0.53 g-Nkg-koral keringhari.
32
0.2 0.4
0.6 0.8
1
2 4
6 8
10 12
14 16
18 20
22
P e
ny e
ra p
a n
g -N
k g
b a
ha n k
e ri
n g
Inlet Outlet
6 6.5
7 7.5
8 8.5
9
7 14
17 21
23
Hari ke - pH
L-1 L-2
L-3 0.5
1 1.5
2 2.5
3 3.5
2 4
6 8
10 12
14 16
18 20
22
K o
n s
e n
tr asi
N H
3
ppm
20 40
60 80
100
e fi
s ie
n s
i
Inlet Outlet
Efisiensi
500 1000
1500 2000
2500
2 4
6 8
10 12
14 16
18 20
22
N itr
a t y
a n
g te
rb e
n tu
k p
p m
Gambar 6. Perubahan penyerapan gas NH
3
oleh biofilter dengan bahan pengisi koral dinokulasi dengan Nitrosomonas sp. a konsentrasi inlet-
outlet gas, b penyerapan NH
3
, c pembentukkan NO
3 -
, d perubahan nilai pH.
a
b
c
d
33
0.2 0.4
0.6 0.8
1
0.2 0.4
0.6 0.8
1
Beban g-Nkg koral kering P
e n
y er
a p
a n
g -N
kg ko
ral ke
ri n
g
Biofilter koral yang dioperasikan selama 22 hari diberikan inlet dengan rentang konsentrasi antara 0.05 – 3.22 ppm, rentang outlet antara 0 –
0.1 ppm. Persen penghilangan amoniak berkisar antara 44 – 100. Beban yang diberikan sebesar 0.01 – 0.95 g-Nkg-koral keringhari. Gambar 7
menunjukkan kapasitas penyerapan bahan pengisi sebesar 0.53 g-Nkg-koral keringhari.
2. Analisa Kinetika Biofilter
Kinetika dilakukan setelah hari ke 22 biofilter dioperasikan. Inlet NH
3
yang diberikan pada jam pertama adalah 3.24 ppm seperti yang di tunjukkan pada Gambar 8a, efisiensi biofilter bertahan 96. Inlet selalu
dinaikkan setiap 1 jam sekali. Efisiensi menurun 95 pada jam ke-3, dan terus menurun sampai dibawah 90 pada jam ke-5. Kemudian inlet
ditambahkan konsentrasinya sampai 5.15 ppm dan efisiensi menurun hingga dibawah 69. Nilai pH kolom pada kondisi ini adalah 8, bakteri
Nitrosomonas sp. tidak teridentifikasi, sehingga oksidasi terhadap amoniak
dilakukan oleh bakteri heterotrof. Gambar 7. Kapasitas penyerapan biofilter koral terhadap beban.
34 Gambar 8. Analisa kinetika biofilter dengan bahan pengisi koral dinokulasi
dengan Nitrosomonas sp. a perubahan konsentrasi inlet-outlet selama kinetika, b analisis kinetika penghilangan NH
3
.
y = 666.45x + 2874.4 R
2
= 0.8314 2500
5000 7500
10000 12500
15000
5 10
15
C ln C ln
R
5 10
15 20
25 30
35
1 3
5 7
9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37
jam ke - K
o n
sen tr
asi N
H
3
ppm
10 20
30 40
50 60
70 80
90 100
ef isi
en si
inlet outlet
efisiensi
Efisiensi terus-menerus turun hingga 55 pada jam ke-14, dengan penambahan konsentrasi inlet. Tetapi pada jam ke-15, efisiensi naik lagi
hingga 85 dengan penambahan konsentrasi inlet sebesar 18.71 ppm. Nilai efisiensi terus berfluktuasi hingga mencapai 92 dengan konsentrasi inlet
yang ditambahkan sebesar 8.99 ppm. Kemudian efisiensi mengalami penurunan sedikit demi sedikit hingga mencapai 75 pada jam ke-29,
dengan penambahan inlet sebesar 6.82 ppm. Pada jam ke-33, efisiensi mengalami penurunan hingga 60, tetapi naik lagi pada jam ke-34 efisiensi
menjadi 83, dengan inlet yang ditambahkan sebesar 12.92 ppm. Kemudian berangsur turun hingga efisiensi mencapai 39 pada jam ke-37, dengan
inlet yang ditambahkan sebesar 31.40 ppm.
b a
35 Pada Gambar 8 b, telah diketahui nilai penghilangan amoniak
maksimum, Vm, adalah 0.0015 g-Nkg koral keringjam. Sedangkan nilai kejenuhan konstan biofilter, Ks, adalah 4.31 ppm.
3. Jumlah Sel Bakteri dan Kadar Air
Bakteri yang diinokulasikan adalah Nitrosomonas sp.. Gambar 9a, menunjukkan perubahan jumlah bakteri Nitrosomonas sp. selama
dioperasikan. Aplikasi biofilter dilakukan dengan nilai logaritma jumlah bakteri H-0 pada lubang 1, lubang 2, lubang 3 adalah 7.54, 6.48, 5.48 selg-
contoh. Metode MPN dilakukan untuk menghitung jumlah Nitrosomonas sp. per tujuh hari.
Bakteri Nitrosomonas sp. dapat mengoksidasi amoniak menjadi nitrit, kemudian bakteri Nitrobacter sp. akan mengoksidasi nitrit menjadi
nitrat. Pada kolom koral ini, secara umum bakteri Nitrosomonas sp. mengalami kenaikan nilai logaritma jumlah selnya setelah biofilter
beroperasi selama 7 hari. Gambar 9a memperlihatkan pertumbuhan bakteri Nitrosomonas
sp. Berturut-turut setelah hari ke tujuh, lubang 1, lubang 2, lubang 3 adalah 7.60 selg-contoh, 3.60 selg-contoh, 7.60 selg-contoh. Hal
ini didukung oleh kadar air yang memenuhi untuk pertumbuhan bakteri, dimana berturut-turut lubang 1, lubang 2, lubang 3 adalah 20.79 , 22.90
, 22.79 pada H-0 dan 10.21 , 11.20 , 12.50 pada hari ke tujuh. Hal ini ditunjukkan pada Gambar 9c.
Pada hari ke 14, nilai logaritma jumlah sel Nitrosomonas sp. cenderung naik pada lubang 1, lubang 2, lubang 3 menjadi 10.04 selg-
contoh, 8.40 selg-contoh, 8.81 selg-contoh. Meskipun kadar air bahan cenderung turun, karena bahan pengisi ini tidak bisa berfungsi optimal
dalam menyerap air, tetapi bakteri cenderung naik dengan nilai logaritma jumlah sel berturut-turut adalah 10.04 selg-contoh, 8.40 selg-contoh, 8.81
selg-contoh. Hal ini menunjukkan fenomena terjadinya oksidasi amoniak menjadi nitrat oleh Nitrosomonas sp., sehingga jumlah sel Nitrosomonas sp.
semakin banyak. Kondisi kadar air dalam bahan yang cenderung menurun,
36 tidak membuat bakteri kemudian mati karena kadar air bahan sangat
membantu metabolisme bakteri sehingga membuat bakteri pengoksidasi amoniak ini hidup. Hal ini dibuktikan dengan nilai pH pada hari ke-7 yang
cenderung basa kemudian pada hari ke-14 menjadi netral kembali. Pada hari ke-21 dan 22, jumlah sel tidak diketahui karena gagal
analisa. Nilai pH pada hari ke-21 ini cenderung naik dan mendekati basa, berturut-turut lubang 1, lubang 2, lubang 3 adalah 7.8, 7.1, 7.86. Kadar air
yang sengaja dinaikkan ini membuat kondisi biofilm pada bahan pengisi menipis, karena terjadi proses pencucian, hal ini yang mengakibatkan proses
oksidasi amoniak tidak berlangsung dengan baik. Pada hari ke 22, kadar air ditambah menjadi 20.53 pada lubang 1, 20.16 pada lubang 2, 23.04
pada lubang 3. Nilai pH menjadi naik berturut-turut adalah 7.90, 8, 8. Bakteri pengoksidasi amoniak diduga tidak saja Nitrosomonas sp.
tetapi ada bakteri heterotrof yang mendegradasi polutan ini. Oleh karena itu, bakteri yang tumbuh secara heterotrof pun dihitung jumlahnya, agar
diketahui jumlah bakteri pendukung oksidasi amoniak yang lain. Gambar 9b memperlihatkan pertumbuhan sel bakteri heterotrof pada kolom biofilter
selama dioperasikan. Pada H-0, nilai logaritma jumlah sel bakteri ini berturut-turut lubang
1, lubang 2, lubang 3 adalah 7.48 cfug-contoh, 4.48 cfug-contoh, 7 cfug- contoh. Setelah hari ke tujuh, nilai logaritma jumlah sel bakteri berturut-
turut adalah 6 cfug-contoh, 6.48 cfug-contoh, 6 cfug-contoh, kemudian pada hari ke 21 dan 22 bakteri cenderung turun pada lubang 1 dan lubang 2,
tetapi cenderung naik pada lubang 3, karena bakteri tidak tersuspensi pada bahan pengisi tetapi hanya menempel, sehingga kemungkinan untuk luruh
ke bagian bawah sangat mudah.
37
2 4
6 8
10 12
7 14
21
N ila
i Loga ri
tm a
J u
m la
h S
e l
N it
ros om
ona s
L-1 L-2
L-3
1 2
3 4
5 6
7 8
7 14
21
N il
a i L
o g
a rit
m a
J u
m la
h S
e l
H e
te ro
tr o
f
L-1 L-2
L-3
4. Pengamatan pH
Perubahan pH dalam biofilter ditunjukkan pada Gambar 6d. Pengamatan pH dilakukan untuk mengetahui perubahan keasaman bahan
pengisi biofilter. Rata-rata pH awal koral adalah 7.99. Kondisi pH diatur Gambar 9. Perubahan jumlah sel bakteri pengoksidasi NH
3
selama pengoperasian biofilter koral. a grafik pertumbuhan untuk
Nitrosomonas sp., b grafik pertumbuhan untuk bakteri
heterotrof., c kadar air, L-1 : lubang 1, L-2 : lubang 2, L-3 : lubang 3
b
c
5 10
15 20
25
7 14
21
Hari ke - Ka
d a
r Ai r
L-1 L-2
L-3
a
38 agar selalu berada dalam rentang 6-8, karena Nitrosomonas sp. dapat
tumbuh dengan baik pada rentang pH tersebut. Nilai pH awal lubang 1, lubang 2, lubang 3 berturut-turut adalah
7.91, 7.97, 8.1. Kondisi ini berubah dengan adanya akumulasi inlet dalam bahan. Setelah hari ke-7, pH lubang 1, lubang 2, lubang 3 berturut-turut
adalah 8.79, 8.43, 8.36. Kemudian pada hari ke-14, pH turun, berturut-turut 7.75, 7.75, 7.83. Demikian halnya pada hari ke-17, berturut-turut pH
biofilter adalah 7.77, 7.04, 7.88. Pada hari ke-21, pH biofilter masih netral. Berturut-turut lubang 1, lubang 2, lubang 3 adalah 7.8, 7.1, 7.86.
Penurunan pH ini mengindikasikan tumbuhnya bakteri pengoksidasi amoniak. Amoniak yang bersifat basa akan dioksidasi menjadi nitrit yang
bersifat asam. Asam nitrit ini akan dioksidasi menjadi nitrat yang bersifat asam pula. Selain itu karena adanya pengaruh bahan pengisi koral yang
mengandung ion Ca
2+
dari bahan pengisi koral. Menurut Spotte et al., 1970 jika kapur CaCO
3
ditambahkan ke dalam air akan terjadi reaksi dengan CO
2
bebas dan membentuk ion bikarbonat CaHCO
3 2
yang merupakan buffer utama serta mampu menetralkan setiap penambahan CO
2
. Bear 1917 menambahkan, adanya sistem buffer yang dapat menjaga
terjadinya perubahan pH selama berlangsungnya proses oksidasi limbah organik.
C. BIOFILTER ARANG AKTIF 1. Kinerja Penghilangan Amoniak
