nisbah yang rendah, nitrit terbentuk menandakan proses denitrifikasi terhambat Zayed dan Winter, 1998. Menurut Beschkov
et al. 2004 proses denitrifikasi dapat juga dipercepat dengan pemberian medan listrik yang tetap
constant electric field. Dalam penelitiannya medan listrik statik dapat mempercepat
reduksi nitrat dengan mengurangi waktu dalam fase lag pertumbuhan bakteri denitrifikasi.
Carrera et al. 2003 dalam penelitiannya menyebutkan bahwa laju
denitrifikasi yang diperoleh dengan sistem lumpur-ganda lebih tinggi dibandingkan dengan sistem lumpur-tunggal. Selain itu disebutkan pula bahwa
suhu berpengaruh penting pada laju denitrifikasi. Koefisien suhu yang diperoleh pada selang antara 10 – 25
C adalah 1,10 dan pada selang 6 – 10 C adalah
1,37. Secara keseluruhan proses nitrifikasi-denitrifikasi tersebut dapat ditulis
sebagai berikut :
Pada alur proses nitrifikasi dan denitrifikasi yang lazim tersebut, dilaporkan
juga terdapat proses yang tidak lazim. Menurut Van de Graaf et al. 1990 dalam
Muller et al. 1995 amonia dan nitrat secara simultan dapat dikonversi menjadi
gas nitrogen pada kondisi anoksik. Proses denitrifikasi tersebut terjadi pada kondisi adanya oksigen. Diantara bakteri-bakteri tersebut ditemukan bakteri-
bakteri spesies heterotrof seperti Thiosphaera pantotropha dan nitrifier ototrof.
Menurut Einsle dan Kroneck 2004, proses perubahan nitrogen anorganik ini termasuk didalamnya senyawa nitrat, nitrit dan amonium menjadi N
2
melalui jalur oksidasi amonia anaerobik yang disebut proses Anammox. Persamaan
reaksi proses anammox ini adalah sebagai berikut: NH
4 +
+ NO
2
-
N
2
+ H
2
O
2.6. Kinetika Pertumbuhan Mikroorganisme
Pengendalian lingkungan dan komunitas biologis sangat diperlukan untuk merancang pengolahan limbah cair biologis. Beberapa faktor kondisi lingkungan
Nitrifikasi : NH
4 +
+ 2 O
2
NO
3 _
+ 2H
+
+ H
2
O Denitrifikasi : NO
3 _
+ H
+ 2
1
H
2
O + N
2
+
4 5
O
2
Reaksi resik : NH
4 +
+
4 3
O
2
H
+
+
2 1
1
H
2
O +
2 1
N
2
yang dapat dikendalikan dan berpengaruh pada pertumbuhan mikroorganisme yaitu pengaturan pH, pengaturan suhu, penambahan nutrien atau unsur renik,
penambahan dan pengurangan oksigen, dan pencampuran atau pengadukan. Oleh karena mikroorganisme tersebut memanfaatkan limbah bagi
pertumbuhannya, maka faktor lamanya berada dalam sistem untuk bereproduksi ikut menentukan, yang pada akhirnya akan dapat mengendalikan limbah secara
efektif. 2.6.1. Pertumbuhan sel
Persamaan pertumbuhan sel bakteri dirumuskan sebagai berikut :
, X g
X
r
μ =
1 Keterangan :
r
g X ,
= laju pertumbuhan bakteri, massasatuan volume.waktu
μ
= laju pertumbuhan spesifik, waktu
-1
X
= konsentrasi mikroorganisme, massasatuan volume Pada biakan sistem curah
r
g X
dt dX
,
=
; untuk reaktor curah berlaku juga:
dX dt X
μ =
2 2.6.2. Pertumbuhan pada substrat terbatas
Pada suatu sistem biakan curah, jika kebutuhan hara dan substrat untuk pertumbuhan tersedia pada jumlah yang terbatas, pertumbuhan akan
menurun dan terhenti. Sedangkan pada sistem sinambung continous,
pertumbuhannya yang terbatas Dari hasil percobaan, pada kondisi substrat dan hara terbatas, dapat
digunakan reaksi Monod sebagai berikut :
m S
S S
K μ μ
= +
3
Keterangan :
μ
= laju pertumbuhan spesifik, waktu
-1 m
μ
= laju pertumbuhan spesifik maksimum, waktu
-1
S
= konsentrasi substrat pertumbuhan terbatas pada larutan, massasatuan volume
S
K
= tetapan Monod, yang merupakan konsentrasi
substrat pada separuh nilai laju pertumbuhan maksimum, massasatuan volume.
Jika nilai
μ
pada persamaan 3 dimasukkan pada persamaan 1, maka laju pertumbuhan bakteri akan menjadi :
, m
X g S
X S dX
S dt
K
r
μ
= +
=
4.
Parameter
m
μ
dan
S
K
dapat dijadikan ciri dari mikroorganisme yang berbeda. Bakteri berfilamen dalam lumpur aktif ditandai dengan nilai
m
μ
dan
S
K
yang rendah, yang berarti bakteri lebih suka pada konsentrasi substrat rendah. Sedangkan bakteri pembentuk flok dicirikan dengan nilai
m
μ
dan
S
K
yang lebih tinggi, yang berarti lebih suka pada konsentrasi substrat yang tinggi Cenens
et al., 2000. 2.6.3. Pengaruh metabolisme endogen
Distribusi umur sel bakteri pada sistem tidak semuanya seragam, sehingga penghitungan laju pertumbuhan harus dikoreksi dalam rangka pemanfaatan
energi untuk pemeliharaan. Faktor lain juga seperti kematian sel dan pemangsaan predasi harus dipertimbangkan. Dengan asumsi bahwa
penyebab penurunan sel adalah gabungan dari faktor-faktor tersebut, berbanding terhadap konsentrasi organisme, dalam hal ini disebut juga sebagai perombakan
endogen endogenous decay. Persamaan dari perombakan endogen adalah
sebagai berikut :
, d
X d
X k
r
= −
Keterangan :
d
k
= koefisien perombakan endogen, waktu
-1
X
= konsentrasi sel, massasatuan volume Dengan menambahkan perombakan endogen kedalam laju pertumbuhan,
maka laju pertumbuhan menjadi sebagai berikut :
, m
d X g
S
X S X
k S
K
r
μ =
− +
Keterangan :
,
r
g X
= laju pertumbuhan, massasatuan volume.waktu Oleh karena itu, maka laju pertumbuhan spesifik, menjadi :
d m
S
S k
S K
μ μ
= −
+
Keterangan :
μ
= laju pertumbuhan spesifik, waktu
-1
Respirasi endogen tersebut, pada akhirnya mempengaruhi pertumbuhan bersih bakteri yang akan diperhitungkan didalam perolehan tumbuh yang
teramati yield observation sebagai berikut:
, X g
obs SU
Y
r r
= −
keterangan :
r
SU
= laju penggunaan substrat, massasatuan volume.waktu
2.6.4. Hubungan pertumbuhan sel dan penggunaan substrat Pada biakan sistem curah dan sinambung, sebagian substrat dikonversi
menjadi sel-sel baru dan sebagian lagi dioksidasi menjadi produk-produk organik dan anorganik.
Hubungan antara laju penggunaan substrat dan laju pertumbuhan sel adalah :
, X g
SU
Y
r r
= −
5
Keterangan :
Y
= koefisien perolehan maksimum, mg MLVSSmg COD didefinisikan sebagai nisbah antara massa sel yang
terbentuk terhadap massa substrat yang dikonsumsi, diukur selama periode pertumbuhan logaritmik terbatas
Perolehan tergantung pada : 1 status oksidasi sumber karbon dan unsur- unsur hara, 2 tingkat polimerisasi substrat, 3 jalur metabolisme, 4 laju
pertumbuhan dan 5 berbagai parameter fisik pertumbuhan. Jika
r
g X ,
pada
persamaan 4 dimasukkan pada persamaan 5, maka laju penggunaan substrat akan menjadi :
m SU
S
X S Y
S K
r
μ = −
+
6
m
Y μ
adalah sering disebut juga laju maksimum penggunaan substrat per satuan massa organisme
k
Metcalf dan Eddy, 1991, sehingga :
k
m
Y μ
=
7 Dengan demikian maka :
k
SU S
X S S
K
r
= − +
8
2.6.5. Penerapan kinetika pertumbuhan dan penghilangan substrat pada perlakuan biologis.
Kinetika pertumbuhan organisme dan penggunaan substrat melalui proses biologis dapat dimanfaatkan untuk perancangan pengolahan limbah cair. Dalam
hal pemanfaatan atau penerapannya akan menyangkut pada dua hal, yaitu : 1 Keseimbangan antara perkembangan biomassa dan substrat.
2 Prakiraan konsentrasi biomassa dan substrat pada efluen. Menurut Henze
et al 1987 nisbah TCOD dan VSS diperkirakan mempunyai keseimbangan sekitar, dan menurut Munch
et al. 1999 nisbahnya adalah 1,92 g COD per g VSS.
Secara sederhana keseimbangan massa pada bioreaktor dengan pengadukan sempurna dapat ditulis sebagai berikut:
1. Pernyataan Umum
:
= +
Laju aku- mulasi mi-
kroorganis- me dalam
sistem terbatas
Laju aliran
masuk mi-
kroorgani s-me
kedalam Laju
aliran keluar
mikroorg an-isme
dari
i Pertumbuh-
an mikroor- ganisme
dalam sistem
2. Pernyataan Umum sederhana :
3. Pernyataan diatas dapat ditulis sebagai berikut :
,
.
r r
X g
dX F
F X V
V X
dt
r
= −
+
Keterangan :
dt dX
= laju perubahan konsentrasi biomassa dalam bioreaktor, massa MLVSSsatuan volume.waktu
r
V
= volume bioreaktor
F
= laju alir, volumewaktu
X
= konsentrasi biomassa pada influen, massa MLVSSsatuan volume
X
= konsentrasi mikroorganisme pada reaktor, massa MLVSSsatuan volume
,
r
g X
= laju pertumbuhan bersih mikroorganisme, massa MLVSSsatuan volume.waktu
Jika nilai
,
r
g X
dimasukkan, maka :
.
m r
r d
S
X S dX
F F X
X V
V k
X dt
S K
μ ⎛
⎞ =
− +
− ⎜
⎟ +
⎝ ⎠
9 Seperti pada keseimbangan biomassa, maka keseimbangan massa substrat
dapat ditunjukkan sebagai berikut :
.
r m
r S
X S dS
V F
F S V
S dt
Y S
K μ
⎛ ⎞
= −
+ ⎜
⎟ +
⎝ ⎠
10
Keterangan : S = Konsentrasi substrat pada influen mgl
S = Konsentrasi substrat pada efluen atau dalam bioreaktor
yang teraduk sempurna mgl. 2.6.6. Konsentrasi substrat dan biomassa pada efluen
Akumulasi = Aliran masuk - Aliran keluar + Pertumbuhan
Jika diasumsikan bahwa konsentrasi mikroorganisme pada influen dapat diabaikan, sehingga pada saat kondisi tunak
steady state
= dt
dX
. Maka persamaan 9 dapat disederhanakan menjadi :
1
m d
S r
S F
k V
S K
μ θ
= =
− +
, dan kemudian nilai
S
S S
K +
dimasukkan pada persamaan 10, maka konsentrasi biomassa pada efluen adalah:
k 1 1
O O
m d
d
Y S
S S
S X
k k
μ θ
θ −
− =
= +
+
11
dan konsentrasi substrat pada efluen adalah :
1 k
1
S d
d
k K
S Y
k θ
θ +
= −
−
12
2.7. Stoikiometri dan Keseimbangan Bahan
