4804-10454-1-SM

7/23/2019 4804-10454-1-SM

1/9

1

PERKEMBANGAN BIOFILM NITRIFIKASI DI FIXED BED REACTORPADA SALINITAS TINGGI

Sudarno

Program Studi Teknik LingkunganFakultas Teknik UNDIP, Jl. Prof H. Sudarto SH Tembalang Semarang

Email: [email protected]

ABSTRACT

Development of nitrification biomass that is growing attached on carried material was examined bymeasuring its ammonium or nitrit oxidation rates. Porous ceramic rings (36 pieces) were put into thefixed bed reactor (FBR ). The fixed bed reactor that was operated continuously for more than 500 daywas continued to be operated at a HRT of 1 day, a DO of above 5 mg L

-1 and pH of 8. Ammonia

concentration in the feeding was 50 mg NH4+-N L

-1. At days 1, 5, 12, 20, 33 and 50, six porous

ceramic rings were taken out and then ammonia and nitrite removal rate by biofilm in the ceramic ringswas separately measured. The measurement of rates was done in small cylindrical glass reactors withinitial concentration of ammonia and nitrite was 10 mg N L -1. Until 50 days of incubation AORs werealways higher than NORs. Additionally, ammonia oxidizers attach or grow faster in the porous ceramicmaterial than nitrite oxidizers.

Keywords:saline wastewater, Ammonium Oxidizing Bacteria, Nitrit Oxidizing Bacteria, biofilm

PENDAHULUAN

Eutrofikasi menggambarkan suatu kondisibadan air yang mempunyai kandungan nutrientinggi khususnya senyawa nitrogen dan fosfor.Kandungan nutrien yang berlebih tersebutakan menstimulasi pembentukan biomassa

melalui algae blooms, yang dapatmenghasilkan senyawa beracun dan jugamembawa kondisi anaerob dalam ekosistemair. Eutrofikasi tidak hanya terjadi dalamperairan air tawar melainkan juga di ekosistemair asin. Nutrien dari air limbah yang dibuangke badan air dapat menstimulasi proseseutrofikasi. Buangan air limbah, baik domestikmaupun industri, harus diolah terlebih dahulusampai memenuhi baku mutu, sebelumdialirkan ke badan air. Beberapa industriseperti industri kulit dan pengolahan hasil laut,menghasilkan limbah dengan karakteristik,yakni kandungan ammonium yang tinggi dan

salinitas yang tinggi. Penyisihan ammoniummelalui proses nitrifikasi untuk air limbahmengalami kendala bila dilakukan denganproses nitrifikasi konvensional dimana bakteriyang digunakan adalah bakteri air tawar.

Bakteri nitrifikasi adalah bakteri autotrophyang tumbuh sangat lambat. Bakteri ini seringmenjadi faktor pembatas dalam penyisihannitrogen secara biologi. Kecepatan

pertumbuhan dari bakteri nitrifikasi ini hampir10 kali lebih lambat dibanding dengan bakeriheterotrop. Pada kondisi lingkungan dengankandungan garam tinggi, bakteri akanmemerlukan energi tambahan untuk fiksasikarbon dan untuk mempertahankan tekananosmotik. Konsekuensinya adalah semuabakteri yang tumbuh dalam lingkungan dengankadar garam tinggi mempunyai sedikit energiuntuk pertumbuhan.

Penyisihan polutan secara biologi selamapengolahan air limbah dapat dilakukan denganpertumbuhan tersuspensi dan pertumbuhanmelekat. Bagi proses biologi yang dilakukanoleh bakteri dengan laju pertumbuhan yanglambat seperti bakteri nitrifikasi, pertumbuhanmelekat pada material pendukungsubstratum,dapat membentuk biofilm yang cukup banyakuntuk dapat menyisihkan ammonium.

Tujuan dari penelitian ini adalah untukmengetahui pola pertumbuhan bakteri (biofilm

bakteri) yang menyisihkan ammonium menjadinitrit, dan bakteri yang menyisihkan nitrit kenitrat ditinjau dari kemampuannya menyisihkanammonium dan nitrit.

Studi PustakaKelebihan pertumbuhan melekat dan

pembentukan biofilm bagi pengolahan airlimbah dapat dirangkum sebagai berikut:

7/23/2019 4804-10454-1-SM

2/9

Jurnal PRESIPITASI

Vol. 9 No.1 Maret 2012, ISSN 1907-187X

2

Kepadatan populasi bakteri yang tinggidapat dipertahankan, karena bakterimenempel pada material dan tidak ikutmelimpas ke effluen.

Peningkatan kinerja sistem dapat dicapaikarena konsentrasi biomass yang tinggi.

Resisten terhadap shock loading danrecovery yang lebih bagus sebagai hasildari fungsi proteksi dari extra polymericsubstance (EPS) yang menempel padabiofilm.

Pengembalian lumpur aktif untukmeningkatkan aktifitas bakteri pada sistemreaktor pertumbuhan tersuspensi tidakdibutuhkan dalam rekator biofilm, sehinggadapat mengurangi biaya pengoperasian.

Kerugian dari pertumbuhan melekatdiantaranya adalah:

Terhambatnya transfer massa, contohnyaadalah transfer oksigen atau substratmelalui lapisan EPS dapat menghambatpertumbuhan mikrobiologi di dasar biofilm

Resiko dari penyumbatan ketika reaktortidak didesain dan dioperasikan secarabaik

Sulitnya evaluasi kinetika proses karenainteraksi yang komplek antaran biofilm dancairan

Tidak seragamnya distribusi substrat danpopulasi biomass karena sulitnya sistempengadukan

Perkembangan mikroorganisme yang

menempel pada substratum dipengaruhioleh beberapa faktor, meliputi pori pori dankarakteristik permukaan substratum.Material material yang dapat digunakansebagai substratum dicirikan sebagaiberikut:

Sifat material : proses fisik dan biologidalam reaktor tidak merusak sifat darimaterial pendukung tersebut, begitu jugasebaliknya.

Kekasaran permukaan: kekasaranmewakili jumlah dan ukuran celah celahdimana mikroorganisme dapat mengawalipertumbuhan tanpa gangguan gaya geser

aliran air. Posositas material: porositas material yang

tinggi menghasilkan angka pori yang tinggidan bisa mengurangi resiko penyumbatan

Specific surface area: angka specificsurface area yang tinggi menyediakan

tempat yang berlebih bagi pertumbuhanmikroorganismeKandungan garan yang tinggi dalam air

limbah akan menghasilkan satu tekananosmotik yang rendah di dalam sel dan satupeningkatan konsentrasi garam di cytoplasma.

Membrane cytoplasma yang bersifatpermeable dapat ditembus oleh air dari luar.Pada kondisi lingkungan air dengan kadargaram yang normal maka tekanan osmotik diluar dan di dalam sel sama, dan akan terwujudkeseimbangan tekanan. Jika kandungangaram diluar sel sangat tinggi, makan tekananosmotiknya juga tinggi, menghasilkan aliran airyang berlebih dari luar ke dalam sel. Akibatnyavolume air dalam cytoplasma akan berlebihdan dinding selnya akan rusak, karena tidakmampu menampung jumlah air.

Sebaliknya, mikroorganisme yang hidupdalam lingkungan salinitas yang tinggi harus

mempertahankan kandungan airintraselularnya cukup tinggi bagi aktifitasselnya jika ditempatkan dalam lingkungan airdengan salinitas normal (rendah), jika tidaktekanan osmosis akan mencegah aktifitasmetaboliknya. Air dari dalam sel akanmenembus membran sel dan mengalir keluar,sehingga dalam sel akan kering.

Bakteri yang ditemukan dalam air lautataupun lumpur air laut mempunyaikandungan garam yang tinggi di dalam selnya.Jenis bakteri yang ditemukan dalamlingkungan tersebut mungkin dapatmenyisihkan senyawa-senyawa nitrogendalam air limbah yang kandungan garamnyatinggi.

Penyisihan nitrogen selama pengolahanair limbah perlu dilakukan untuk menghindari:

Kondisi anaerobik dari badan air penerima

Eutrofikasi dari air permukaan

Efek dari ammonium, nitrit dan nitrat dalambadan air penerima mengacu padatoksisitas terhadap ikan dan biota

Kebutuhan desinfektan klorine bagipenerapan penggunaan kembali air limbahmenjadi air bersih

Proses Penyisihan Nitrogen

Penyisihan nitrogen secara biologibiasanya dicapai dengan proses nitrifikasi dandenitrifikasi secara berurutan. Selamanitrifikasi ammonium dioksidasi menjadi nitratmelalui nitrit yang lalu direduksi menjadi gasnitrogen melalui proses denitrifikasi,sebagaimana ditunjukkan dalam Gambar 1.

7/23/2019 4804-10454-1-SM

3/9

Sudarno

Perkembangan Biofilm Nitrifikasi di Fixed BedReactor pada Salinitas Tinggi

3

Gambar 1.Proses Nitrifikasi dan Denitrifikasi

Nitrifikasi berlangsung dalam dua tahapoksidasi yang berurutan: oksidasi ammoniummenjadi nitrit (nitritasi) dan oksidasi nitritmenjadi nitrat (nitratasi) dengan oksigen.Setiap tahapan dilakukan oleh genus bakteriyang berbeda yakni contohnya Nitrosomonas,Nitrosococcus untuk nitritation dan Nitrobacter,Nitrospira untuk nitratasi. Bakteri tersebutmemanfaatkan ammonium atau nitrit sebagai

sumber energi, oksigen sebagai elektronacceptor dan karbon dioksida sebagai sumberkarbon.

Faktor yang Mempengaruhi NitrifikasiAda banyak faktor kimia dan biologi yang

dapat mempengaruhi pertumbuhan dan lalumempengaruhi kinerja dari bakteri nitrifikasi.Faktor yang paling utama dapatdiklasifikasikan menjadi tiga katagori utama,sebagaimana dirangkum oleh Chen et al.(2006).

Kategori pertama meliputi semua yang

mempengaruhi proses biokima darimikroorganisme sepert pH, temperatur dansalinitas.

Katagori kedua meliputi semua yangmempengaruhi suplai nutrien ke biofilmseperti konsentrasi substrate, DO dan jugakeseragaman pengadukan.

Katagori ketiga meliputi semua yangpunya dampak terhadap pertumbuhan dansuplai nutrien seperti kompetisi terhadapnutrien utama, kompetisi terhadap lokasitumbuh.

Pertumbuhan Bakteri Tersuspensi dan

MelekatPrinsipnya, proses biologi yangdiaplikasikan dalam pengolahan air limbahdapat dibagi menjadi dua katagori utama:pertumbuhan tersuspensi dan pertumbuhanmelekat. Pada proses pertumbuhantersuspensi, mikroorganisme yangbertanggung jawab bagi pengolahan air limbahdipertahankan dalam kondisi tersuspensidalam cairan dengan metode pengadukan

yang merata, sepeti pada proses lumpur aktifbagi penyisihan BOD dan nitrifikasi sertapenyisihan fosfor.

Pada proses pertumbuhan melekat,mikroorganisme yang bertanggung jawab bagikonversi dari material organik atau nutrienmenempel pada satu substratum. Senyawaorganik dan nutrien disisihkan dari air limbahselama mengalir melewati mikroorganisme

yang menempel pada substratum tersebutatau yang dikenal sebagai biofilm.Nama nama yang sudah dikenal bagi

proses proses tersebut yang menggunakanbakteri tersuspensi aerobik atau anaerobikadalah proses lumpur aktif, kolam aerasi,kolam stabilisasi dan Continuesly Stirred TankReactor(CSTR) dan bagi proses pertumbuhanmelekat adalah Trickling Filter, RotatingBiological Contactor(RBC), Up flow AnaerobicSludge Blanket(UASB) dan lain lain.

Pertumbuhan TersuspensiDalam reaktor jenis ini maka

mikroorganisme dipertahankan dalam kondisitersuspensi dengan menyediakan pengadukanyang layak. Mikroorganisme yang tersbuspensitersebut umumnya mengacu sebagai mixedliquor (volatile) suspended solids (Metcalf andEddy, 2003).

Parameter penting dari proses lumpur aktifadalh pembentukan partikel flok yangberukuran dari 50 200 m, yang bisadisisihkan dengan pengendapan gravitasidalam bak sedimentasi. Flok lumpur aktifsering digambarkan mempunyai dua bagian,bagian yang terikat kuat dan lemah, keduanyasebagian besar terdiri dari sel bakteri danextracellular polymeric substances (EPS)(Keiding and Nielsen 1997, Liao et al., 2002,Sheng et al., 2006).

Dalam proses lumpur aktif, dimanapenyisihan senyawa organiknya (COD) dannitrogen menjadi tujuan utama, bakterinitrifikasi dikenal tumbuh dalam mikro koloniyang rapat dibagian dalam flok (Wagner et al.1995, Mobarry et al.1996, Daims et al.2001),

NH4+ NO2

- NO3

- NO2

- N2

Nitritasi Nitratasi Denitratasi Denitritasi

Nitrifikasi Denitrifikasi

7/23/2019 4804-10454-1-SM

4/9

Jurnal PRESIPITASI


4

yang terlihat membentuk bagian terkuat dariflok (Jorand et al.1995, Biggs and Lant 2000).

Pertumbuhan MelekatProses biologi terjadi selama material

organik dan nutrien mengalir melewati biofilm.

Biofilm terdeteksi di dalam dan di permukaansubstratum, yang seharusnya tahan terhadapkorosi akibat proses fisik maupun biologi.Substratum tersebut juga harus murah, ringandan punya permukaan yang luas.

Pada Fixed-Bed Reactor (FBR) denganpertumbuahan biofilm melekat,mikroorganisme tidak ikut mengalir keluarmelalui effluen, jika pelekatan biofilm padamedia cukup kuat. Mikroorganime dapatberkonsentrasi dalam reaktor dan

meningkatkan kinerja dari reaktor. Disampingitu, biofilm yang tebal menghasilkan resistensiyang lebih baik dan recovery darimikroorganisme terhadap shock loading ataupengaruh toksik. Keuntungan lain dari prosesmelekat pada skala lapangan adalah

kebutuhan energi yang lebih sedikit,pengoperasional yang lebih sederhana dantanpa problem dengan bulking sludge.

Pembentukan dan PertumbuhanBiofilm

Perkembangan biofilm, minimal, dibagiempat tahapan, sebagaimana dirangkum olehStoodley et al.(2002):

Gambar 2. Perkembangan biofilm : 1. Non-permanen 2. Permanen, 3. Maturasi,4. Detachment, 5. Penutupan siklus

Reversible attachment,yaitu penempelansel tunggal dan pergerakan bebasmenginisiasi pembentukan biofiom padapermukaan. Sejumlah kecil dari exopolymericmaterial terlibat dalam tahapan ini. Pelekatansel ini tidak permanen dan sel denganmudahnya dapat meninggalkan permukaanmaterial. Selama tahap reversibel ini bakterimemperlihatkan perilaku khusus yang meliputimenggelinding, meloncat, bergabungmembentuk koloni dan lepas dari koloni,sebelum mereka menghasilkanexopolysaccharides dan menempel secarapermanen.

Irreversible attachment, yaitu setelahpelekatan non-permanen pada permukaanberubah menjadi pelekatan permanen, bakteriharus mempertahankan kontak dengansubstratum. Perubahan sifat penempelan darinon-permanen ke permanen dicirikan sebagai

transisi yang paling lemah. Bakteri mulaimenghasilkan banyak exopolysaccharidesuntuk melewati transisi ini. Setelah itu interaksiantar bakteri untuk membentuk grup sel danmembantu untuk saling menguatkan dalampenempelan di permukaan. Sel tunggalmemproduksi polysaccharide yang mengikatsel bersama dan memfaasilitasi pembentukanmikro koloni dan ini membawa tahapanberikutnya yakni tahapan pematangan biofilm.

Maturasi pematangan yaitu selamamaturasi, biofilm menghasilkan salluran, poripori dan penempatan kembali dari bakteri yangsempat lepas dari material. Dalam tahap ini,banyak protein yang dideteksi dalam samplebiofilm yang mencerminkan keragamanbakteri. Aktifitas yang bervariasi jugadiidentifikasikan seperti perubahanmetabolisme, transpor melalui membran,adaptasi dan aktifitas proteksi.

7/23/2019 4804-10454-1-SM

5/9

Sudarno


5

Detachment atau pelepasan, yaituumumnya digambarkan sebagai pelepasan selbaik itu sel tunggal ataupun grup dari biofilm.Sel yang lepas dipercaya menjadi penutupbagi siklus pertumbuhan biofilm. Skemapendek dari siklus ini yang diambil dariStoodley et al. (2002) ditunjukkan dalamgambar berikut:

Faktor-Faktor yang MempengaruhiPembentukan Biofilm

Struktur biofilm secara umum merupakanhasil interaksi dari mikroorganisme denganmedium dan pengaruh proses biologi-fisik-kimia di dalamnya. Semua faktor di atasseharusnya dipertimbangkan selamapembentukan biofilm. Stoodlye et al. (2002)menyatakan bahwa minimal ada empat halmempengaruhi struktur biofilm

Karakteristik geometrikal dari substratum.

Karkateristik mikroorganisme yangmenyusun biofilm

Kondisi hidrodinamik disekitar biofilm

Nutrisi yang tersedia dalam cairan dandalam biofilm

Karakterisitik dari substratum (hydrophilic,hydrophobic)Pada tahapan awal, sifat dari substratum

memainkan peran terpenting. Kekasaransubstratum mempromosikan kolonisasi bakteri.Hasil yang mirip diperoleh denganmengobservasi pembentukan biofilm selmaperiode start-up dari expanded-bed reactor.

Hipothesanya adalah rekahan dalampermukaan kasar dapat memproteksipertumbuhan biofilm selama periode awal darigaya geser akibat hidrodinamik cairan. Hal inimemungkinkan perkembangan biofilm tahapberikutnya.

Bakteri dalam Air Limbah denganKandungan Garam Tinggi

Mikroorganisme dapat ditemukan dilingkungan air dengan kandungan garamrendah (air tawar) maupun tinggi (air laut).Mengacu pada kandungan garam, bakteridapat dibagi menjadi beberapa jenis. Imhoff

(1986) mengelompokkan bakteri sesuaidengan kosentrasi garam yang dibutuhkanbagi pertumbuhan optimunnya, yakni non-halophilic (tumbuh dibawan 0.2 M NaCl),rendah halophilic (tumbuh pada 0.2 sampaidengan sekitar 1.01.2 M NaCl), moderathalophilic (tumbuh pada sekitar 1.01.2sampai 2.02.5 M NaCl) dan extrim halophilicbakteri (tumbuh pada 2.02.5 M NaCl ataulebih).

Nitrifikasi pada Air Limbah denganKandungan Garam Tinggi

Penyisihan nitrogen dari air limbah,termasuk air limbah dengan kandungan garamtinggi adalah perlu untuk memenuhi kriteria

baku mutu air limbah sebelum air limbahdialirkan ke badan air penerima.Proses penyisihan nitrogen secara

konvensional air limbah garam tinggi dilakukanmelalui nitrifikasi diikuti oleh denitrifikasidengan penambahan sumber karbon dari luar,seperti yang dilakukan pada reaktor batcholehFontenot et al.2007.

Proses nitrifikasi Chemolitho autotrophicdalam dua tahap dilakukan oleh jenis bakteriyang berbeda. Ammonium dioksidasi menjadinitrit (nitritasi) oleh bakteri pengoksidasiammonium (AOB Ammonium OxidizingBacteria) dan nitrit dioksidasi lebih lanjut kenitrat (nitratasi) oleh bakteri pengoksidasi nitrit(NOB Nitrit Oxidizing Bacteria).

METODOLOGI PENELITIAN

AmmoniumDua reagen bagi analisis ammonium

digunakan, yakni:Reagen A; 13 g Natriumsalicylate, 13 g

Tri-Natriumcitrate-Dihydrat dan 0.097 g 2-Nitroprussidnatrium-Dihydrat dilarutkan dalam500 ml distilasi H2O. Reagen B; 1.6 g NaOHdan 0.1 g Dichlorocyanuric acid-Na-Dihydratdilartukan dalam 50 ml distilasi H2O.

Untuk analisis, 0.125 ml reagen A dan

0.125 ml reagen B ditambahkan kedalam 1 mlsampel, dan lalu diukur denganspektrophotometer pada 655 nm setelah 1-3

jam inkubasi pada temperatur ruangan.

NitritNitrit juga diukur dengan metode

kolorimetri. Reagen yang digunakan dapatdibuat dengan melarutkan 20 g Sulfanilamide,1 g N-(1-Napthyl)-ethylendiamine-dihydrochloride dan 50 ml O-Phosphoric acid(1.71 g mL

-1) dalam 500 ml distilasi H2O.

Untuk analsisis, 0.020 ml reagenditambahkan ke dalam 1 ml sample dan lalu

diukur pada spektrophotometer 540 nmsetelah 20-30 menit inkubasi pada temperaturruangan.

NitratNitrat ditentukan secara kolorimetri sesuai

dengan standard methodsAPHA (1995). Tidakdiperlukan reagen dalam metode ini. Ion NO3

-

dalam sampel mengabsorb cahaya pada 220

7/23/2019 4804-10454-1-SM

6/9

Jurnal PRESIPITASI


6

nm. Keberadaan nitrit dalam sampel akanmengganggu dalam metode ini, jikakonsentrasi nitrit dalam sampel lebih besardari 0.65 mg NO2

--N L

-1, Amido-sulfonic acid

harus ditambahkan dalam sampel.

ReaktorTabung kaca ber diameter 8 cm dan tinggi

45 cm dengan volume 2 liter digunakan dalampercobaan ini (Gambar 3). Limbah buatandengan kandungan NaCl 35 gram per liter air,dipompakan kedalam reaktor melalui dasarreaktor dengan pompa Gilson Minipus 3 dan

efluent mengalir keluar lewat bagian atas darireaktor. Keramik berpori berdimensi 1.5 cm(Gambar 4 ) dengan luas area spesifik 934 m

2

m3

dimasukkan ke dalam reaktor sehinggatotal luas permukaan tumbuh bakteri (fixed-bed areanya) 0.60 m

2 dan prosostas 38%.

Selama lebih dari 500 hari reaktordioperasionalkan secara kontinyu denganmengalirkan air limbah yang mengandungsalinitas 3.5% dan ammonium sekitar 100 mgNH4+-N. Debit aliran dipertahankan denganwaktu detensi 1 hari, DO diatas 5 mg L

-1 dan

pH 8.

Gambar 3. (a)Skema Fixed-Bed Reactors (FBR), (b) Foto dari Fixed-Bed Reactors (FBR)

Gambar 4.Keramik Berpori

Pertumbuhan Biofilm dalam KeramikBerpori

Untuk percobaan ini pada hari ke 540 daripengoperasionalan reaktor, 36 keramik berporidimasukkan kedalam reaktor diatas dimanabiofilm sudah terbentuk.

Pada hari ke 1, 5, 12, 20, 33 dan 50, enamkeramik berpori tersebut diambil keluarkemudian kecepatan penyisihan ammonium(Ammonium Oxidizing Rate AOR) dankecepatan penyisihan nitrit (Nitrit oxidizing rate

7/23/2019 4804-10454-1-SM

7/9

Sudarno


7

NOR) oleh biofilm yanga ada dalam keramiktersebut secara terpisah diukur.

Masing masing keramik ditaruh dalamgelas silinder kecil, diberi air limbah buatandengan kandungan ammonium dan nitriteadalah 10 mg N L

-1 dan diaerasi.

Berkurangnya konsentrasi ammonium dannitrit dimonitor selama beberapa jam dankemudian akan dihitung AOR dan NOR.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Setelah 1, 4, 12, 20, 33, 50 hari biofilmyang menempel pada keramik tersebut diukurkemampuannya dalam menyisihkanammonium dan nitrit dan hasilnya tampakpada gambar 5.

Selama 50 hari (hari 540 sampai dengan590) dari waktu operasi reaktor, DO dapatdipertahankan diatas 5 mg L-1 dan pH berkisarantara 7-8 (Gambar 5). Kinerja penyisihanammonium dan nitrit dapat dipertahankansteadi state selama jangka waktu tersebut.Kondisi steadi state ini memungkinkanpengukuran pertumbuhan biofilm dan keaktifanbiomass di keramik selama 50 hari itu dapatdibandingkan.

Ammonium di influent yang diatur berkisar50 mg N L-1, dapat disisihkan hampir 100%.Nitrit dan ammonium hampir tidak terdeteksi dieffluen. Sekitar 50 mg N L-1 nitrat terukur dieffluent menunjukkan keseimbangan massadari proses nitrifikasi. Dimana 50 mg N L-1ammonium dikonversi menjadi 50 mg N L-1nitrat.

(a) (b)Gambar 5. (a) Konsentrasi Ammonum, nitrit, dan nitrat selama reaktor dioperasionalkan secara

kontinu hari 540 590. (b) Kecepatan penyisihan ammonium dan nitrit oleh biofilm yang tumbuhdalam keramik berpori setelah ditempatkan dalam reaktor beberapa hari. Simbol: (a) Kotak tertutup(), ammonia; Kotak terbuka (), nitrite; Lingkaran tertutup (), nitrate; garis putus putus, pH. (b)Kotak tertutup (), Kecepatan penyisihan ammonium; Kotak Terbuka (), Kecepatan penyisihan nitrit

Itu dapat dilihat bahwa setelah50 hari dariwaktu inkubasi, kecepatan penyisihanammonium (AOR) selalu lebih tinggi dibandingkecepatan penyisihan nitrit (NOR). Selain itu,penyisihan ammonium dapat dideteksi padakeramik setelah inkubasi satu hari, sedangkanpada waktu inkubasi yang sama penyisihan

nitrit belum dapat di deteksi. Itumemperlihatkan bahwa bakteri nitritasi (AOB)lebih mudah tumbuh dan atau menempeldibanding bakteri nitratasi (NOB).

Peningkatan AOR tidak konstan sampaihari ke 50, sementara peningkatan NORkonstan sampai hari ke 30 dan kemudiannilainya tetap. Pada hari ke 50 AOR hampirdua kali lipat dibanding NOR. Pada gambar

tersebut, juga ditunjukkan juga kecepatanAOR dan NOR pada hari ke 540. AOR danNOR tersebut diambil dari keramik yang sudahada sejak awal dari pengoperasionalan reaktorkontinu. Berkebalikan dengan kondisi setelah50 hari inkubasi, nilai NOR setelah 540 hari,lebih besar dari nilai AOR dan nilainya hampir

dua kali lipat. Itu perlu dicatat bahwa ,tidakseperti waktu inkubasi yang hanya 50 hari,selama pengoperasinalan lebih dari 500 haritersebut, kondisi steady state tidak selaludapat dipertahankan.

Bakteri yang terlibat dalam nitrifikasiadalah mikroorganisme autotroph dengankarbon dioksida berfungsi sebagai sumberkarbon dan mempunyai kecepatan

7/23/2019 4804-10454-1-SM

8/9

Jurnal PRESIPITASI


8

pertumbuhan yang lambat. Kecepatanpertumbuhan yang lebih lambat teramati padabakteri nitrifikasi yang tumbuh dalamlingkungan yang ekstrim, termasuk lingkungandengan konsentrasi garam yang tinggi.

Perkiraan kuantitatif dan kualitatif

konsentrasi biofilm bakteri nitrifikasi adalahtugas yang sangat sulit (Lazavora dan Manem,1995) dan membutuhkan metode biologimolekular.

Perkembangan pertumbuhan bakteri dapatdiamati dengan menghitung berat massa daribakteri, aktifitas metabolisme dari bakteri dandengan cara menghitung selnya. Pengamatanini akan mudah dalam kulture bakteritersuspensi tetapi akan jauh lebih sulit bagibakteri yang membentuk biofilm. Pengambilanbakteri yang melekat akan sulit dan komplek,khususnya saat phase pertama dari pelekatantersebut. Biofilm sangat tipis dan tidak

terdistribusi merata serta berada dalam poripori substratum. Selain itu perkembanganbiofilm tidak hanya proses perkembangbiakandan kematian, melainkan ada prosesdetachment yang juga berperan siknifikandalam perkembangan biofilm

Karena ketidak akuratan perhitungankepadatan populasi, dan perkiraan kuantitatifdan kualitati dari biofilm, maka parameterspesifik dari biofilm seperti nilai AOR atauNOR, perlu diukur untuk mengetahui polaperkembangan bakteri.

AOB menempel lebih cepat dari padaNOB sebagaimana ditunjukkan sampai hari ke50. Selain itu, recovery AOB lebih cepatdibanding NOB, hal itu dapat diamati saatterjadi detachment (penglepasan biofilm) darisubstratumnya. Penempelan yang lebih cepatoleh AOB ini mengindikasikan bahwa AOBpunya kapasitas lebih bagus untuk menempelpada substratum dengan bahan dari mineralatau plastik. Keterlambatan NOB untuk aktifdapat dimungkinkan karena NOB akan aktifsetelah adanya nitrit yang diproduksi olehAOB, sebagaimana diterangkan secara jelasoleh Peng dan Zhu (2006). Eksistensi dariNOB akan muncul setelah AOB aktif danberlanjut selama proses nitrifikasi. AOB danNOB akan bekerja sama dan bersinergi sertamengambil keuntungan dari kedekatan tempattumbuh.

Dominasi AOB terhadap NOB jugadilaporkan oleh Chae et al. 2008, yangmenggunakan BioCube sponge media sebagaisubstratumnya.

Disatu sisi, kedekatan secara fisik akanberguna bagi alasan kebutuhan energi. NOBbisa segera dan langsung dapat

memanfaatkan nitrit yang diproduksi olehAOB, sehingga tidak perlu mengeluarkanenergi berlebih dalam memperoleh nitrit. Inisangat vital, mengingat energi yang dihasilkandari oksidasi nitrit sangat terbatas.

Disisi lain, AOB sangat tergantung akan

keberadaan NOB, sebagai penerima ataupenyisih nitrit, yang sangat toksik terhadan

AOB. Itu membantu AOB dalam mencegahadanya akumulasi dari hasil produksi yangbersifat toksik seperti nitrit tersebut.

Selama periode dari 0 50 hari,pertumbuhan AOB tidak tetap yang bisa dilihatdari kecepatan penyisihan ammoniumnya,sementaran pertumbuhan NOB tidak terlalucepat.

Perubahan dominasi populasi dari AOB keNOB jelas terlihat setelah waktu inkubasi lebihdari 50 hari. Itu sesuai dengan hasil hasil awaldari reaktor dimana pada awalnya kecepatan

AOR lebih tinggi dibanding NOR (Sudarno etal. 2010).Pertumbuhan biofilm dan tahapan

maturasi dicirikan oleh terbentuknya mikrokoloni yang kuat yang resisten terhadap gayageser yang tinggi dan perubahan karakteri fisik/ kimia dari lingkungan tumbuh.

Biofilm tumbuh selama masaperkembangan dan selanjutnya biomassmeningkat konsentrasinya. Sementara itusetelah biofilm mencapai keseimbangan saattahapan maturasi, proses decaymikroorganisme dalam lapisan dalam biofilmmulai berlangsung. Ketidak aktifan biomass inidikarena oksigen dan substrate tidak tersediadilapisan tersebut, sehingga tidak ada sumberenergi, tidak ada proses oksidasi danselanjutnya akan tidak aktif dan mati.

KESIMPULAN

a. Ammonium oxidizing bacteria (AOB) danNitrite oxidizing bacteria (NOB) dapattumbuh pada substratum yang terbuat darikeramik berpori.

b. Perkembangan bakteri nitrifikasi dapatdiamati dari kecepatan penyisihanammonium (Ammonium Oxidizing Rate AOR) dan kecepatan penyisihan nitrit

(Nitrit Oxidizing Rate NOR).c. AOB menempel lebih cepat pada

substratum dibanding dengan NOBd. Nilai AOR lebih besar dibanding NOR

berdasar lama inkubasi di bawah 50 hariyang mengindikasikan dominasi AOBterhadap NOB.

7/23/2019 4804-10454-1-SM

9/9

Sudarno


9

e. Pergeseran dominasi populasi bakterinitrifikasi, dari AOB ke NOB, diamati padalama inkubasi 540 hari.

DAFTAR PUSTAKA

Biggs, C.A., Lant, P.A., 2000. Activated sludgeflocculation: on-line determination offloc size and the effect of shear. WaterRes. 34(9), 25422550.

Chen, S., Ling, J., Blancheton, J.P., 2006.Nitrification kinetics of biofilm asaffected by water quality factors.Aquac. Eng. 34, 179197.

Daims, H., Nielsen, JL., Nielsen, PH.,Schleifer, KH., Wagner, M., 2001. Insitu characterization of Nitrospira-likenitrite-oxidizing bacteria active inwastewater treatment plants. Appl.Environ Microbiol. 67, 52735284.

Fontenot, Q., Bonvillain, C., Kilgen, M.,Boopathy, R., 2007. Effects oftemperature, salinity, and carbon:nitrogen ratio on sequencing batchreactor treating shrimp aquaculturewastewater. Bioresour. Technol. 98,17001703.

Imhoff , JF., Thiemann, B., 1991. Influence ofsalt concentration and temperature onthe fatty acid composition ofEctothiorhodospira and otherhalophilic phototrophic purple bacteria.Arch. Microbiol. 156, 370375.

Jorand, M.F., Zartarian, F., Thomas, M.F.,

Block, J.C., Bottero, M.J.Y., Villemin,G., Urbain, V., Manem, J., 1995.Chemical and structural (2D) linkagebetween bacteria within activatedsludge flocs. Water Res. 297, 16391647.

Keiding, K., Nielsen, P.H., 1997. Desorption oforganic macromolecule from activatedsludge: effect of ionic composition.Water Res. 31(7), 16651672.

Lazavora, V., Manem, J., 1995. Biofilmcharacterization and activity analysisin water and wastewater treatment.Water Res. 29(10), 22272245.

Liao, B.Q., Allen, D.G., Leppard, G.G., Droppo,I.G., Liss, S.N., 2002. Interparticleinteractions affecting the stability ofsludge flocs. J. Colloid Interface Sci.249(2), 372380.

Metcalf & Eddy, Inc., 2003. WastewaterEngineering: Treatment and reuse 4

th

ed. New York: McGraw-Hill.Mobarry, B.K., Wagner, M., Urbain, V.,

Rittmann, B.E., Stahl, D.A., 1996.

Phylogenetic probes for analyzingabundance and spatial organization ofnitrifying bacteria. Appl. Environ.Microbiol. 62, 21562162.

Peng, Y.Z., Zhu, G.B., 2006. Biologicalnitrogen removal with nitrification anddenitrification via nitrite pathway. Appl.Microbiol. Biotechnol. 73, 1526.

Sheng, G.P., Yu, H.Q., Li, X.Y., 2006. Stabilityof sludge flocs under shear conditions:roles of extracellular polymericsubstances (EPS). Biotechnol. Bioeng.93(6), 10951102.

Stoodley, P., Saure, K., Davies, D.G.,Costerton, J.W. 2002. Biofilms ascomplex differentiated communities.Annu. Rev. Microbiol. 56, 187209.

Sudarno, U., Bathe, S., Winter, J., Gallert, C.,2010. Nitrification in fixed-bed reactorstreating saline wastewater. Appl.

Microbiol. Biotechnol. 85, 20172030.Wagner, M., Loy, A., 2002. Bacterial

community composition and function insewage treatment systems. Curr.Opinion Biotechnol.13(3), 218227.

Documents

4804-10454-1-SM