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
Degradasi limbah secara biologis merupakan proses yang berlangsung secara alamiah. Sistem biologis yang terkendali dan tak terkendali merupakan
sistem utama yang digunakan untuk menangani limbah organik. Oleh karena proses yang berlangsung adalah proses biologis, maka pengertian proses harus
berdasarkan pada dasar-dasar mikrobiologi dan perubahan dalam unit penanganan limbah secara biologis. Salah satu proses biologis yang banyak
digunakan adalah proses lumpur aktif. Proses lumpur aktif biasanya dikombinasikan dengan kondisi proses aerobik, anaerobik maupun anoksik.
Pada proses ini mikroba tumbuh dalam flok lumpur yang terdispersi. Lumpur aktif dapat merubah limbah cair organik menjadi bentuk anorganik
yang mantap atau menjadi sel. Dalam proses ini bahan organik yang terlarut atau koloid yang telah mengalami sedimentasi awal oleh mikroorganisme akan
mengalami metabolisme dengan menghasilkan CO
2
dan air. Pada waktu yang sama fraksi yang cukup besar diubah menjadi massa sel, yang dapat dipisahkan
dari aliran limbah cair dengan jalan sedimentasi gravitasi Naidoo, 1999. Lee
et al. 1999 dalam sistem penanganan limbah secara biologis menyederhanakan menjadi tiga komponen utama yang berperan dalam sistem
org-N NH
3
-N NO
3
-N
NH
3
-N NO
3
-N
Asimilasi-N srplus
sludge
mixing point
denitrifikasi nitrifikasi
influen efluen
org-N gas N
2
yaitu: biomassa, substrat dan oksigen terlarut. Dalam sistem biologis, mikroorganisme menggunakan limbah untuk mensintesis bahan seluler baru dan
menyediakan energi untuk sintesis, sehingga padatan mikroba akan meningkat. Bila tidak ada makanan substrat, pertumbuhan akan terhenti, mikroorganisme
mati dan lisis melepaskan hara dari protoplasmanya untuk digunakan oleh sel-sel yang masih hidup dalam suatu proses respirasi seluler autooksidatif atau
endogen. Kebanyakan dari sistem biologis yang digunakan untuk mengolah limbah
organik tergantung dari organisme heterotropik, yang menggunakan karbon organik sebagai sumber energi. Reaksi perombakan limbah organik tersebut
dapat digambarkan pada reaksi sebagai berikut Verstraete dan Vaerenberg, 1986:
Bahan organik + O
2
+ NH
3
+ sel CO
2
+ H
2
O + sel baru Nitrogen adalah hara penting dalam sistem biologis. Dalam limbah, nitrogen
akan terdapat sebagai nitrogen organik dan nitrogen amonia, proporsinya tergantung bahan organik yang didegradasi.
Pada saat ini pengolahan limbah untuk penghilangan fosfor dan nitrogen yang menggunakan proses secara biologis dengan lumpur aktif meningkat
dengan cepat. Alasannya karena menyangkut kebutuhan lahan dan kebutuhan tingkat ketrampilan yang minimum Gonzales, 1996. Sistem lumpur aktif ini
dalam operasinya dapat dikaitkan dengan teknologi lain, misalnya presipitasi kimiawi dan perlakuan biologis secara terpisah.
Alternatif lain teknologi yang digunakan untuk pengolahan limbah cair dengan menggunakan sistem tanah rawa
wetland untuk mengolah limbah cair pengolahan ikan yang cukup besar dalam setiap tahunnya Cardoch
et al., 2000. Lin
et al. 1995 menerapkan sistem penyaringan ultra untuk menurunkan nilai COD dari limbah cair pengolahan surimi sekaligus mengambil kembali protein
yang terlarut dalam limbah cair. Pengurangan bahan organik biasanya terjadi pada tahap pengolahan
sekunder dengan bantuan mikroorganisme pengolahan secara biologis, sedangkan pengurangan hara terjadi pada tahap tersier. Teknologi pengolahan
limbah secara biologis menerapkan konsep anaerobik dan aerobik. Metcalf dan Edy 1991 menyebutkan bahwa metode konvensional yang menggunakan
proses anaerobik dan aerobik saja hanya mampu menurunkan kandungan nitrogen 10 – 30 dan fosfor sebesar 10 – 25.
Sesuai dengan prinsip penyisihan nutrien secara bertahap, yaitu proses perubahan biologis metanogenesis, nitrifikasi dan denitrifikasi, maka tahapan
yang dibutuhkan untuk berjalannya proses tersebut diperlukan kondisi anaerobik, aerobik dan anoksik. Hal ini sesuai dengan kondisi yang dibutuhkan oleh
mikroorganisme untuk berjalannya proses tersebut. Konfigurasi yang digunakan untuk unit pengolahan limbah sangat beragam.
Morales 1991 melaporkan beberapa konfigurasi unit pengolahan limbah yang berbeda dan dijadikan contoh, yaitu:
a. Proses Bardenpho.
Bardenpho proses menggunakan dua zone anoksik untuk penghilangan nitrogen. Penghilangan fosfor dicapai dengan
mengkombinasikan teknik biologis keterkaitan anaerobik zone, presipitasi kimia dengan alum, dan penyaringan efluen.
b. Proses Anaerobik-Anoksik-Oksik Aerobik A
2
O Proses A
2
O menggunakan susunan konfigurasi anaerobik- anoksik-aerobik dalam reaksi transformasinya. Proses ini
dimaksudkan untuk penghilangan nitrogen dan sekaligus fosfor secara biologis.
c. Proses VIP
Virginia Initiative Plant. Konfigurasi VIP dimaksudkan untuk menghilangkan nitrogen dan
fosfor biologis dengan kecepatan tinggi. d. Proses
Anaerobik-Oksik Aerobik AO
Proses AO berbeda dengan proses A
2
O. Pada proses AO tidak terdapat zone anoksik atau resirkulasi campuran aliran
mixed liquor. Kemampuan sistem untuk menghilangkan fosfor secara
biologis dimungkinkan karena adanya zone anaerobik. Utomo
et al. 2000 dalam laporan penelitiannya menyatakan bahwa untuk konfigurasi reaktor pengolahan limbah agroindustri karet yang terbaik
adalah anaerobik-anoksik-aerobik. Dari konfigurasi ini mampu menurunkan COD dan indikator-indikator cemaran lain sampai 90.
2.5. Proses Perubahan Nitrogen
