KAJIAN APLIKASI BAKTERI Nitrosomonas sp. PADA TEKNIK BIOFILTER UNTUK PENGHILANGAN EMISI GAS AMONIAK
Oleh : PUJI RAHMAWATI NURCAHYANI F03400038
2006 FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
Puji Rahmawati Nurcahyani (F03400038). Study of Application of Nitrosomonas sp. at Biofilter Technique for Removing Ammonia Gaseous Emissions. Supervised by : Mulyorini Rahayuningsih dan Mohamad Yani.
SUMMARY Air is the main requirement of live for all living being. Air pollution cause by presence of pollutant in the environment from industrial activities, one of them is condensed latex processing industry using ammonia. The air pollution control can be done with chemical-physical methods which is relatively higher cost and biological method using bacteria to degrade the pollutant. Biofilter technique represent one of those methods. Biofilter is a reactor with solid material as packing material in which microbes are attached naturally, forming biolayer (thin layer) to reduce polutant gases. The aim of the research is to determine the type of packing material for application of ammonia gaseous emission, determining capacities of absorption and estimated kinetics of biofilter during the time operated. The type of packing material that used are coral, activated carbon, compost and soil. The gas source is condensation of NH4OH with certain thinning. The thinning function to determine ammonia concentration to be added at the time of biofilter operated. The column is made from the polivinyl chloride (PVC) pipe with height of 60 cm and diameter of 15.24 cm. The bacteria that inoculated is nitrifying bacteria, Nitrosomonas sp.. Conditioning the bacterium has done before its application in the biofilter, by giving nutrient with the change of colour as the indicator. The data is analyzed by descriptive analysis methods for the removal gaseous capacity, the growth rate of microorganism and nitrat forming. Those parameters is measured to determine the best conditions of removal gas emission. The characteristic of material packing examination got a highest water content is soil, activated carbon, compost and coral that is 33.12 %, 32.35 %, 18.86 %, 27.74 %. Respectively, the density of each material is 206.10 kg-dried koral/m3, 153.66 kg-dried activated carbon/m3, 373.17 kg-dried soil/m3, 403.66 kg-dried compost/m3. Respectively, the organic nitrogen content of each material packing, firstly, is 0.03 %, 0.05 %, 0.43 % and 0.34 %, while the organic carbon
content is 27.74 %, 33.12 %, 32.35 % and 28.86 %. The pH value of each packing material is neutral, but there is addition dolomite at activated carbon to stable pH value. The absoption capacities of coral and activated carbon are 0.53 g-N/kgdried coral/day and 0.41 g-N/kg-dried activated carbon/day. Biofilter soil and compost has absorption capacities are 1.16 g-N/kg-dried soil/day and 0.59 gN/kg-dried compost/day. During application periode, each material packing increasing pH value, decreasing the nitrifying bacteria number and nitrat forming. Water content range is between 20-40 %, the range of temperature around biofilter is 28 – 31 oC. Kinetics of biofilter operated has Vm at coral, activated carbon, soil and compost is 0.0015 g-N/kg-dried coral/hour, 0.028 g-N/kg-dried activated carbon/hour, 0.012 g-N/kg-dried soil/hour, 0.012 g-N/kg-dried compost/hour. The Ks value of each biofilter is 4.31 ppm, 6.34 ppm, 36.6 ppm and 23.09 ppm. The best biofilter performance that operated is soil biofilter because showing highest removal capacity, that is 1.16 g-N/kg-dried soil/day.
Demikianlah sosok pahlawan yang menjadikan tanggungjawab sebagai energi pendorongnya, pengorbanan sebagai hakikat dan tabiatnya, keberanian jiwa sebagai perisainya. Kesabaran sebagai nafas panjangnya. Seorang pahlawan boleh salah, boleh gagal, boleh tertimpa musibah. Akan tetapi, dia tidak boleh kalah. Dia tidak boleh menyerah kepada kelemahannya, dia tidak boleh menyerah kepada tantangannya, dia tidak boleh menyerah kepada keterbatasannya. Dia harus tetap melawan, menembus gelap, supaya dia bisa menjemput fajar. Sebab, kepahlawanan adalah piala yang direbut, bukan kado yang dihadiahkan. Dalam tradisi perlawanan, taruhannya adalah keberanian. Disini, taruhannya adalah kearifan. Tapi dalam dua-duanya ada kesunyian. Disana kamu melawan dalam sunyi, disini kamu bekerja dalam sunyi. Disana kamu berdarah-darah sendiri, disini kamu menguras semua energi jiwamu. Memeras serat-serat pikiranmu. Sendiri. Ketika orang tertidur kamu terbangun itulah susahnya. Ketika orang merampas kamu membagi itulah peliknya. Ketika orang menikmati kamu menciptakan itulah rumitnya. Ketika orang mengadu kamu bertanggungjawab itulah repotnya. Makanya tidak banyak orang bersamamu disini, mendirikan imperium kebenaran. (anis matta)
.... Sahabat, Semoga Allah mencintaimu karena kau mencintaiku karena-Nya....
KAJIAN APLIKASI BAKTERI Nitrosomonas sp. PADA TEKNIK BIOFILTER UNTUK PENGHILANGAN EMISI GAS AMONIAK
SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Oleh PUJI RAHMAWATI NURCAHYANI F03400038
2006 FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
INSTITUT PERTANIAN BOGOR FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
KAJIAN APLIKASI BAKTERI Nitrosomonas sp. PADA TEKNIK BIOFILTER UNTUK PENGHILANGAN EMISI GAS AMONIAK
SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Oleh PUJI RAHMAWATI NURCAHYANI F03400038
Lahir di Tuban, 17 Februari 1982 Tanggal Lulus : 6 maret 2006
Menyetujui Bogor, 10 Maret 2006
Dr. Ir. Mulyorini Rahayuningsih, Msi Dosen Pembimbing I
Dr. Ir. Mohamad Yani, M Eng. Dosen Pembimbing II
DAFTAR ISI
halaman DAFTAR ISI ............................................................................................................ ii DAFTAR TABEL .................................................................................................... iii DAFTAR GAMBAR................................................................................................ iv DAFTAR LAMPIRAN............................................................................................ vi I. PENDAHULUAN ............................................................................................. 1 A. LATAR BELAKANG................................................................................... 1 B. TUJUAN ....................................................................................................... 3 II. TINJAUAN PUSTAKA.................................................................................. 4 A. GAS AMONIAK .......................................................................................... 4 B. BAKTERI PENGOKSIDASI AMONIAK ................................................... 6 C. BIOFILTER................................................................................................... 10 D. BAHAN PENGISI BIOFILTER ................................................................... 11 E. KORAL.......................................................................................................... 13 F. ARANG AKTIF............................................................................................. 15 G. KOMPOS ...................................................................................................... 16 H. TANAH ......................................................................................................... 17 III. METODE PENELITIAN ............................................................................. 19 A. BAHAN DAN ALAT ................................................................................... 19 B. METODE PENELITIAN .............................................................................. 19 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN...................................................................... 28 A. KARAKTERISTIK BAHAN PENGISI ....................................................... 28 B. BIOFILTER KORAL .................................................................................... 29 C. BIOFILTER ARANG AKTIF....................................................................... 37 D. BIOFILTER TANAH.................................................................................... 44 E. BIOFILTER KOMPOS ................................................................................ 51 F. PEMBAHASAN UMUM .............................................................................. 58 V. KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................................... 62 A. KESIMPULAN ............................................................................................. 62 B. SARAN.......................................................................................................... 62 DAFTAR PUSTAKA............................................................................................... 64 LAMPIRAN ............................................................................................................. 68
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 1. Beberapa kegiatan yang menghasilkan polutan amoniak .................. 3 Tabel 2. Daftar bakteri pengoksidasi senyawaan nitrogen .............................. 10 Tabel 3 . Beberapa bahan pengisi biofilter yang pernah diaplikasikan ........... 12 Tabel 4. Ringkasan ciri-ciri penting bahan pengisi biofilter yang biasa digunakan 13 Tabel 5. Komposisi media pertumbuhan Nitrosomonas sp ............................ 21 Tabel 6. Karakteristik bahan pengisi yang digunakan ................................... 28 Tabel 7. Kapasitas penyerapan beberapa polutan gas pada beberapa jenis bahan pengisi biofilter................................................................................. 60 Tabel 8. Nilai kinetika beberapa jenis bahan pengisi biofilter. ...................... 60 Tabel 9. Nilai kinerja biofilter untuk penghilangan polutan NH3 .................. 61
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.
Halaman Diagram Reaksi Unsur Nitrogen........................................................ 4
Gambar 2.
Bakteri Nitrosomonas sp. dengan perbesaran 39 000 x (Suwa, 1995, http://biology.kenyon.edu......................................................... 7
Gambar 3.
Tahapan propagasi Nitrosomonas sp.................................................. 20
Gambar 4.
Grafik hubungan beban (x) dan kapasitas penyerapan (y) untuk menentukankapasitas penyerapan bahan. ................................ 24
Gambar 5.
Model kolom biofilter skala laboratorium.......................................... 26
Gambar 6.
Perubahan penyerapan gas NH3 oleh biofilter dengan bahan pengisi koral dinokulasi dengan Nitrosomonas sp. ................. 31
Gambar 7.
Kapasitas penyerapan biofilter koral terhadap beban......................... 32
Gambar 8.
Analisa kinetika biofilter dengan bahan pengisi koral dinokulasi dengan Nitrosomonas sp…………………………........... 33
Gambar 9.
Perubahan jumlah sel bakteri pengoksidasi NH3 selama pengoperasian biofilter koral ……………………………………….
36
Perubahan penyerapan gas NH3 oleh biofilter dengan bahan pengisi arangaktif diinokulasi dengan Nitrosomonas sp…….
39
Gambar 10.
Gambar 11.
Kapasitas penyerapan biofilter arang aktif terhadap beban................ 40
Gambar 12.
Analisa kinetika biofilter dengan bahan pengisi arang aktif dinokulasi dengan Nitrosomonas sp………………………………... 41
Gambar 13.
Perubahan jumlah sel bakteri pengoksidasi NH3 selama pengoperasian biofilter arang aktif …………………………………
Gambar 14.
Perubahan penyerapan gas NH3 oleh biofilter dengan bahan
43
pengisi tanah diinokulasi dengan Nitrosomonas sp………………… 45 Gambar 15. Gambar 16.
Kapasitas penyerapan biofilter tanah terhadap beban........................ 46 Perubahan konsentrasi inlet-outlet selama kinetika biofilter dengan bahan pengisi tanah dinokulasi dengan Nitrosomonas sp...... 47
Gambar 17.
Analisis kinetika penghilangan NH3 biofilter berbahan pengisi tanah dengan diinokulasi oleh Nitrosomonas sp…………… 48
Gambar 18.
Perubahan jumlah sel bakteri pengoksidasi NH3 selama pengoperasian biofilter tanah ………………………………………
49
Gambar 19.
Perubahan penyerapan gas NH3 oleh biofilter dengan bahan pengisi kompos diinokulasi dengan Nitrosomonas sp……………………… 52
Gambar 20.
Kapasitas penyerapan biofilter kompos terhadap beban....................
Gambar 21.
Perubahan konsentrasi inlet-outlet selama kinetika biofilter dengan bahan pengisi kompos dinokulasi dengan Nitrosomonas sp……………………………………………………………………. 54
Gambar 22.
Analisis kinetika penghilangan NH3 biofilter berbahan pengisi kompos dengan diinokulasi oleh Nitrosomonas sp…………………
53
55
Gambar 23.
Perubahan jumlah sel bakteri pengoksidasi NH3 selama pengoperasian biofilter kompos …………………………………… 56
Gambar 24.
Mekanisme biofiltrasi dalam kolom………………………………...
58
Gambar 25.
Mekanisme penghilangan bau secara biologis……………………...
59
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran 1. Metode Analisis Gas NH3 ...................................................................... 69 Lampiran 2. Metode Analisis Proksimat .................................................................... 70 Lampiran 3. Metode Pengukuran Nitrat ..................................................................... 72 Lampiran 4. Metode Total Plate Count untuk Sel Bakteri Heterotrof ....................... 73 Lampiran 5. Metode Most Probable Number untuk Sel Nitrosomonas sp. ............... 74 Lampiran 6. Biofilter yang dioperasikan .................................................................... 75 Lampiran 7. Kurva Standar NH3................................................................................. 76 Lampiran 8. Data Inlet – outlet Biofilter Kolom Koral .............................................. 77 Lampiran 9. Data Inlet – Outlet Biofilter Kolom Arang Aktif................................... 79 Lampiran 10. Data Inlet – Outlet Biofilter Kolom Tanah .......................................... 83 Lampiran 11. Data Inlet – Outlet Biofilter Kolom Kompos ...................................... 87 Lampiran 12. Data Beban dan Penyerapan Biofilter Kolom Koral ........................... 91 Lampiran 13. Data Beban dan Penyerapan Biofilter Kolom Arang aktif .................. 93 Lampiran 14. Data Beban dan Penyerapan Biofilter Kolom Tanah ........................... 97 Lampiran 15. Data Beban dan Penyerapan Biofilter Kolom Kompos ...................... 101
I. PENDAHULUAN
A. LATAR BELAKANG Pencemaran udara merupakan faktor yang sangat penting untuk diperhatikan. Kualitas udara yang melebihi baku mutu emisi yang ditetapkan akan menyebabkan kerusakan lingkungan. Kebutuhan akan udara bersih tidak saja untuk manusia tetapi juga hewan dan tumbuhan. Semakin banyak polutan berbahaya
akan
menyebabkan
keseimbangan
lingkungan
terganggu.
Akumulasi dapat terjadi secara berangsur seperti halnya yang terjadi pada polutan industri. Amoniak merupakan gas yang sangat berbau, sangat mudah terbang sehingga sangat mengganggu pernafasan dan menyebabkan perih di mata. Ketika amoniak ini teroksidasi menjadi nitrit akan bersifat toksik dan dapat menyebabkan keracunan. Agroindustri yang menghasilkan polutan ini antara lain industri pengolahan lateks pekat dapat dilihat pada Tabel 1. Indriasari (2005) mengungkapkan bahwa konsentrasi polutan di gudang leum berkisar antara 12 -100 ppm. Cho et al., (2000) menambahkan hal ini dapat menyebabkan gangguan pada kesehatan baik bagi pekerja maupun penduduk sekitar, sebab emisi gas penyebab bau ini tidak berwarna namun bersifat sangat korosif terhadap logam. Beberapa metode telah dikaji sebagai upaya pengendalian pencemaran udara. Metode pengendalian secara fisik dan kimia antara lain : kondensasi, insinerasi, adsorbsi, absorbsi dan sistem membran. Metode fisik-kimia memiliki berbagai kelemahan, yaitu gas tidak musnah sempurna, tetapi justru memberi dampak lain dengan adanya residu maupun senyawa gas lain yang dapat membahayakan lingkungan. Dalam hal ini dilakukan pengkajian terhadap penggunaan agen biologis untuk mendegradasi polutan sehingga gas dapat dibuang ke lingkungan tanpa ada efek samping. Perlakuan gas secara biologi memanfaatkan kemampuan mikroorganisme yang dapat mengubah senyawa kompleks menjadi senyawa lebih sederhana (Devinny et al., 1999).
Penanganan polusi gas yang berbau secara biologis terbagi atas dua metode yaitu: sistem gas-padatan dan sistem gas-cairan. Metode yang menggunakan tabung sebagai alat penghilang gas merupakan salah satu bentuk sistem gas-padatan yang memiliki biaya yang lebih efisien. Biofilter merupakan salah satu metode yang digunakan untuk penghilangan gas berbau secara biologis. Cara lainnya adalah dengan menggunakan metode bioscrubber dan metode biotrickling filter (Hirai et al., 2001, Ottengraf, 1987). Biofilter merupakan teknologi yang sedang dikembangkan untuk pengendalian pencemaran udara. Industri yang menghasilkan polutan berbahaya dapat menerapkan teknologi ini dengan berbagai keuntungan terutama biaya investasi dan pemeliharaan yang rendah, operasi stabil pada jangka waktu yang lama, dan tidak menimbulkan polusi baru dibandingkan dengan metoda fisik-kimia. Dari tiga metode biologi, bioscrubber, trickling filter dan biofilter, biofilter merupakan pilihan yang terbaik.
2
Tabel 1. Beberapa kegiatan yang menghasilkan polutan amoniak Kegiatan penghasil NH3 1. Industri pertanian : a. Industri pupuk b. Industri pengolahan karet alam c. Industri kayu
Sumber polutan NH3
Konsentrasi
Referensi
- Proses produksi
-
- Emisi gudang leum
12-100 ppm
- Pembersihan kayu
2.48 ppm
- Ledakan di unit amoniak pabrik
-
- Limbah industri
0.60 mg/l
b. Perairan
- Peristiwa pasang merah
1.06 mg/l
c. Biota akuatik
- Aktivitas metabolisme ikan mas dengan berat 30 gram pada suhu 16-25 oC
10-20 mg/hari
Kompas, 11 Mei 2004 Kompas, 13 Mei 2004 -
4. IPAL
- Buangan limbah cair pabrik
-
-
5. Tempat pembuangan akhir (TPA)
- Proses pengomposan
-
Kompas, 31 Agustus 2003
6. Reaksi biokimia
- Fertilizer ammoniator - Substrat urea dengan menggunakan enzim proteinase Urea + H2O CO2 + 2NH3
4 lb/ton
Fogiel et al., 1978 Paul et al., 1989
2. Industri kimia : a. Industri amoniak 3. Wisata bahari : a. Pantai karnaval
-
PT. Pupuk iskandar muda Indriasari et al., 2005 Lembaga kajian ekologi dan konservasi lahan basah, 2005 Kompas, 5 Februari 2006
B. TUJUAN Tujuan penelitian ini adalah : 1. Menentukan jenis bahan pengisi terbaik untuk diaplikasikan pada biofilter dengan gas amoniak sebagai polutan 2. Menentukan kapasitas penyerapan bahan pengisi biofilter selama waktu operasi 3. Menduga kinetika biofilter yang dioperasikan
3
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. GAS AMONIAK Komponen utama siklus nitrogen adalah unsur nitrogen di udara. NO2 didapatkan jika udara berinteraksi dengan oksigen. Nitrogen akan bereaksi dengan oksigen pada suhu 1000 oC dan tekanan tinggi, elektron akan saling berinteraksi sebagai sebuah ikatan dan kemudian terjadi reaksi oksidasi dengan tingkat energi tertentu. Pada kondisi tersebut maka terbentuklah NO dan NO2. Jika NO2 bereaksi dengan air hujan maka terbetuklah HNO3. Nitrat yang terbentuk akan digunakan tanaman sebagai cadangan makanan pembentuk energi. N2 (g) + O2 (g) Ù 2 NO (g) o
Pada suhu 3000 C dalam kesetimbangan hanya terdapat 5% gas NO. Gas NO terbentuk juga di atmosfer pada waktu terjadi loncatan bunga api listrik (kilat). Proses pengikatan nitrogen dari udara disebut fiksasi nitrogen. Tanaman jenis polong-polongan seperti semanggi, alfalfa, dan kacang kedelai membentuk bintil-bintil pada akar sehingga bakteri pengikat nitrogen dapat mengikat nitrogen dari udara dan dikonversi menjadi amoniak (NH3). NH3 dapat dikonversi lagi menjadi ion NO2 dan dikonversi lebih lanjut menjadi NO3. Tanaman menggunakan ion nitrat sebagai nutrien pertumbuhan. Nitrogen terdapat dalam asam amino yang akan bereaksi lebih lanjut membentuk protein. Amoniak terbentuk selama proses yang disebut Proses Haber-Bosch. Nitrogen dan hidrogen bereaksi pada kondisi tekanan (200-300 atm) dan temperatur tinggi (550 oC) yang disertai katalis reaksi (Fe diberi promotor). Promotor
digunakan
untuk
meningkatkan
keaktifan
katalis.
Reaksi
pembuatan NH3 secara ekonomis, faktor-faktor tekanan, suhu dan konversinya bervariasi, bergantung jenis pabrik yang dioperasikan. Secara umum reaksinya sebagai berikut : ½ N2(g) + 3 H2(g) Æ 2 NH3 (g)
ΔH = -46 kJ/mol pada suhu 659 oC
4
Amoniak dapat langsung direaksikan dengan oksigen menjadi asam nitrit. Reaksi antara amoniak dengan asam nitrit dapat menghasilkan amonium nitrat yang memungkinkan diaplikasikan sebagai pupuk. Kotoran hewan yang membusuk juga dapat menghasilkan nitrat. Selain proses nitrifikasi, bakteri dalam tanah dapat bekerja dalam proses denitrifikasi, yaitu perombakan senyawa nitrat menjadi gas nitrogen. Namun, memiliki efek samping yaitu menghasilkan gas NO dan N2O. Kedua gas ini bersifat anti bius serta merupakan gas yang dapat menyebabkan efek rumah kaca dan pemanasan global. Beberapa reaksi yang dapat terjadi dari senyawa nitrogen dapat dilihat pada Gambar 1.
N2O5
H2 O
NaOH HNO3
Cu Zn H2S SO2
NaNO3 S
P Fe(OH)2 FeS
H3PO4 Fe3+ Fe3+ + H2SO4 NO S H2SO4 + N2O, NH4 H2SO4 Panas
NaOH HNO2-
N2O4
NaNO2
Dingin Na2O o
> 500 C
Panas NH4NO3
o
1000 C NO 3000 oC
o
Di bakar, t = 600 C NH3 N2 Proses Haber, t = 500 oC, 250 atm, katalis Fe
Proses Ostwald udara dengan Pt/Rn pada t = 930oC, 8 atm
Gambar 1. Diagram Reaksi Unsur Nitrogen (Cotton, 1989).
5
B. BAKTERI PENGOKSIDASI AMONIAK Nitrifikasi adalah proses oksidasi terhadap amoniak menjadi nitrat. Proses ini melibatkan dua jenis bakteri yaitu bakteri pengoksidasi amoniak yang mengoksidasi amoniak menjadi nitrit dan bakteri pengoksidasi nitrit yang mengoksidasi nitrit menjadi nitrat. Bakteri pengoksidasi amoniak menghasilkan
oksida
nitrit
selama
oksidasi
amoniak
selama
masa
pertumbuhan. Klasifikasi bakteri pengoksidasi amoniak dapat dijelaskan sebagai berikut (Kuenen et al., 1994) : 1. Bakteri pengoksidasi amoniak litotrof, yaitu bakteri jenis gram negatif yang melepaskan energi bebas untuk metabolismenya dari oksidasi amoniak menjadi nitrit dan mendapatkan karbon untuk pertumbuhan dengan asimilasi karbon dioksida. Reaksi nitrifikasi secara autotrofik adalah sebagai NH4+ berikut :
NO2-
NH2OH ATP
NO3ATP
NAD(P)H
2. Bakteri nitrifikasi heterotrof, campuran nitrogen organik dan anorganik (seperti amoniak) dan campuran nitro-organik dioksidasi menjadi bahan organik dan anorganik seperti nitrat (NO3-), nitrit (NO2-), hidroksilamin (NH2OH) dan asam trihidroksamik. Proses nitrifikasi heterotrof hanya terjadi jika terdapat sumber energi eksternal yang mencukupi. Adapun nitrifikasi heterotrof juga membutuhkan NADH yang berasal dari bahan organik, tapi tidak menghasilkan ATP. Reaksi nitrifikasi secara heterotrofik adalah sebagai berikut : NH4+
NH2OH
NO2-
NO3-
NAD(P)H 3. Bakteri nitrifikasi yang mengoksidasi amoniak secara anaerobik. Mereka menggunakan yang disebut anamox proses yang mana mengoksidasi
6
pasangan amoniak untuk direduksi menjadi nitrit dan menghasilkan N2. Hal ini menunjukkan terjadinya proses biologi meskipun mekanisme yang tepat belum dapat diterangkan. Mikroorganisme yang dominan pada komunitas anamox adalah Planctomycete. Nitrifikasi adalah proses mengkonversi amonium menjadi nitrat. Hal ini terjadi dengan bantuan bakteri nitrifikasi yaitu yang mendapatkan energi dari oksidasi amoniak dengan menggunakan CO2 sebagai sumber karbon. Bakteri nitrifikasi ditemukan pada tanah, air pada rentang pH cukup luas, tetapi pada tanah yang terlalu asam bakteri tidak aktif. Bakteri ini akan ditemukan dalam sebuah konsorsium, karena sebagian bakteri memiliki spesialisasi untuk mendekomposisi zat organik tertentu. Dalam hal ini nitrosomonas yang mengubah amoniak menjadi nitrit, sedangkan nitrobacter mengubah nitrit menjadi nitrat (Stewart, 1980). Nitrosomonas sp. memiliki bentuk sel elips, rantai pendek, motil dan non-motil, terdapat dalam bentuk konsorsium, berpasangan sebagai rantai pendek maupun sendiri. Bakteri ini adalah bakteri gram negatif dan memiliki sitomembran. Sel tumbuh bebas pada medium dan membentuk matriks tipis. Pertumbuhan sel dapat diamati pada media dengan penambahan indikator fenolftalein sehingga terjadi perubahan warna merah menjadi kuning jika terbentuk nitrat (Yani, 1999).
Gambar 2. Bakteri Nitrosomonas sp. dengan perbesaran 39 000 x (Suwa, 1995, http://biology.kenyon.edu.
7
Bakteri ini termasuk jenis mikroorganisme chemoautotrof yaitu mendapatkan energi dengan oksidasi kimiawi secara autotrof, karena tidak tergantung dari pembentukkan zat organik. Prinsip oksidasi amoniak pada bakteri hampir sama dengan oksidasi karbohidrat pada manusia. Bakteri menggunakan CO2 untuk memproduksi zat organik yang mana secara prinsip tidak berbeda dengan tumbuhan (Deacon, http://web.reed.edu). Reaksi oksidasi amoniak secara biokimia oleh Nitrosomonas sp. (Hopper et al., 1989) adalah sebagai berikut : 2H+ + NH3 + 2é + O2 Æ NH2OH + H2O ............................................. (1) Ammonia monooxygenase (AMO) NH2OH + H2O Æ HONO + 4e + 4 H+ ................................................ (2) Hydroxylamine oxidoreduktase (HAO) 2 H+ + ½ O2 + 2e Æ H2O (Terminal Oksidase)................................... (3) NH3 + ½ O2 Æ HONO + H2O (Ringkasan reaksi 1-3)........................ (4) Mekanisme oksidasi amoniak dengan Nitrosomonas europaea telah di laporkan oleh McTavish et al. (1995) bahwa bakteri ini mendapatkan energi untuk tumbuh dari oksidasi amoniak menjadi nitrit. Tahap pertama, amoniak dioksidasi hidroksilamin dengan bantuan amoniak monoksigenase (AMO). Hidroksilamin dioksidasi oleh enzim multiheme yaitu hidroksilamin oksidoreduktase (HAO). Elektron yang terlepas dari NH2OH dapat ditransfer sebagai pasangan elektron dari HAO tetraheme sitokrom c554. Dua elektron kembali ke reaksi amoniak monoksigenase sementara dua elektron yang lain menuju sitokrom terminal oksidase tipe aa3 atau ke NADP+ reduktase via ”aliran elektron dapat balik”. Elektron pembawa terdiri dari periplasmik sitokrom monoheme c552, membran lokal ubiquinon-8 dan beberapa membran terikat c-sitokrom yang mana tidak diketahui sifatnya.
8
Dua c-sitokrom terikat pada membran Nitrosomonas sp. yang telah dilaporkan oleh Hooper, A.B dan McTavish, et al. (1995). Sitokrom c554 merupakan protein yang mudah larut dan periplasmik. Konsentrasi Fe dan Cu dalam media pertumbuhan menentukan total sel sitokrom c554. 50-100 % total sel sitokrom c554 merupakan membran sel. sitokrom c554 berikatan dengan organel phospholipid. Hal ini diduga phospholipid memiliki peranan dalam interaksi sitokrom dengan membran. Selama oksidasi NH2OH, kemampuan hidroksilamin oksidoreduktase (HAO) untuk mentransfer elektron ke aseptor elektron, sitokrom c554 pada hakekatnya terikat lemah dengan organel phospholipid. Sitokrom kedua, berikatan dengan membran Nitrosomonas sp. hal ini teridentifikasi sebagai HAO pada aktifitas katalitik dan keberadaannya pada panjang gelombang 464 nm. Fraksi HAO ditemukan sebagai ikatan membran dan hanya pada sel yang tumbuh pada Fe atau Cu konsentrasi lemah (Yani, 1999). Nitrit yang telah dihasilkan oleh Nitrosomonas sp. dapat dioksidasi oleh bakteri pengoksidasi nitrit. Nitrobacter dapat mengoksidasi nitrit menjadi nitrat. Menurut Paul et al. (1989) proses terbentuknya nitrat melibatkan enzim nitrit dehydrogenase sehingga terbetuk HNO3+ dan 2 H+. Yani et al., (1999) menambahkan bakteri ini merupakan bakteri gram negatif yang memiliki sitomembran yang bersifat polar. Genus ini menggunakan oksigen sebagai elektron aseptor, tumbuh pada pH 6.5 – 8.5, suhu 5-40 oC. Adapun reaksi oksidasi nitrit oleh Nitrobacter sp adalah sebagai berikut :
HNO2 + O2 Æ HNO3 + H2O...............................................(5) HNO2 + H2O Æ HNO3 + 2e + 2 H+ ...................................(6) Denitrifikasi adalah proses dimana nitrat terkonversi menjadi campuran gas (oksida nitrit, oksida nitrogen dan N2) oleh mikroorganisme. Beberapa jenis bakteri terlibat pada tahap ini ketika fase pertumbuhan dengan menggunakan bahan organik pada kondisi anaerobik. Karena kekurangan jumlah oksigen untuk respirasi, mereka menggunakan nitrat pengganti oksigen sebagai akseptor elektron. Pada respirasi anaerobik manusia, molekul organik
9
dioksidasi menjadi energi, oksigen yang terbentuk direduksi menjadi molekul air (Burlage, 1998) C6H12O6 + 6 O2 = 6 CO2 + 6 H2O + energi Ketiadaan oksigen dapat digantikan oleh senyawa lain yang dapat direduksi. Sebagai contoh senyawa nitrat dapat berperan sebagai akseptor elektron dan dapat direduksi menjadi nitrit, oksida nitrit, oksida nitrogen atau sebagai N2. Ciri-ciri kondisi dimana kita bisa menemukan mikroorganisme denitrifikasi adalah (1) terdapat bahan organik yang mudah dioksidasi, (2) ketidaktersediaan oksigen tetapi terdapat senyawa sebagai sumber nitrogen yang mudah direduksi. Hal ini terjadi pada kondisi anaerobik, sehingga senyawaan yang dapat menggantikan peran oksigen dapat tetap membuat proses denitrifikasi berlangsung dengan baik. Mikroorganisme yang berperan dalam hal ini adalah B. stutzeri, B. denitrofluorecens, B. vulpinus dan Thiobacillus denitrificans (Waksman et al., 1957). Berikut daftar bakteri kemoautotrof pengoksidasi senyawaan nitrogen. Tabel 2. Daftar bakteri pengoksidasi senyawaan nitrogen Genus Pengoksidasi amoniak : Nitrosomonas Nitrosospira Nitrosococcus
Nitrosovibrio Pengoksidasi nitrit : Nitrobacter Nitrospira Nitrococcus
Spesies
Habitat
Europea Briensis Nitrosus Oceanus Mobilis Tenuis
Tanah, air dan air limbah Tanah Laut Laut Tanah Tanah
Winogradskyi Agilis Gracilis Mobilis
Tanah Tanah, air Laut Laut
Sumber : Jenie dan Rahayu (2004)
C. BIOFILTER Menurut Chou dan Cheng (1997), biofilter adalah reaktor dengan material padat sebagai bahan pengisi dimana mikroba terjerat secara alami di
10
dalamnya dengan membentuk biolayer (lapisan tipis). Gas-gas yang melalui biofilter akan larut atau terserap kedalam lapisan biolayer dan akan diuraikan oleh mikroba yang ada (Ottenggraf, 1986). Metode biofilter baik untuk dikembangkan karena biaya investasi dan operasional rendah, stabil dalam waktu yang relatif lama dan memiliki daya penguraian/pengolahan yang tinggi jika dibandingkan dengan metode pengolahan yang dipakai saat ini (Adrew dan Noah, 1995). Bahan pengisi alami yang biasa digunakan adalah gambut, kompos, arang aktif, sabut kelapa, humus, dan tanah. Bahan-bahan ini mengandung sejumlah nutrisi yang mencukupi untuk pertumbuhan mikroba sehingga penambahan nutrisi tidak diperlukan untuk pemakaian yang tidak terlalu lama (kurang dari 3 bulan) (Shoda, 1991). Menurut Ottenggraf (1986), kinerja biofilter dapat dinilai berdasarkan beberapa hal berikut : 1. laju atau kapasitas penghilangan maksimum (g-senyawa polutan/kg-media kering) 2. kecepatan tercapainya kondisi aklimatisasi mikroba. Parameter ini akan menunjukkan kinerja dari bioavailabilitas konsorsium mikroba yang dikembangkan untuk pendegradasian polutan target. Semakin cepat masa adaptasi (lag phase), maka kinerja biofilter akan semakin baik. 3. kemampuan mempertahankan rasio penghilangan gas (efisiensi) dalam waktu yang relatif lama. Rasio penghilangan polutan gas dari biofilter umumnya diatas 95 % dalam waktu yang relatif lama. 4. kemampuan bahan pengisi dalam mempertahankan kondisi pH, suhu, dan kadar air. Kemampuan ini menggambarkan kinerja biofilter terhadap fluktuasi beban polutan gas yang tinggi, kurangnya humidifikasi dan masa tidak terpakainya biofilter akibat fluktuasi proses produksi pada industri.
11
D. BAHAN PENGISI BIOFILTER Penentuan bahan pengisi biofilter mutlak dilakukan. Karena bahan yang dipilih akan menjadi media tempat tumbuh bakteri, sehingga bahan pengisi dipilih yang bisa mendukung kehidupan bakteri (Hirai et al., 2001). Persyaratan untuk bahan pengisi/penyangga antara lain : 1. Kapasitas menahan air yang tinggi (Water Holding Capacity). 2. Porositas yang tinggi dan area permukaan spesifik yang luas. 3. Sifat kepadatan yang rendah. 4. Penurunan tekanan yang rendah pada berbagai kandungan air. 5. Perubahan bentuk yang sedikit pada waktu penggunaan yang lama. 6. Tingkat keringanan (lightness). 7. Murah. 8. Kemampuan menyerap bau yang sesuai. Tabel 3 menunjukkan beberapa jenis bahan pengisi baik organik maupun anorganik yang pernah diaplikasikan pada biofilter dengan jenis polutan yang berbeda-beda. Tabel 4 menunjukkan ringkasan ciri-ciri bahan pengisi menurut Devinny et al. (1999)
12
Tabel 3 . Beberapa bahan pengisi biofilter yang pernah diaplikasikan Bahan pengisi
Jenis polutan
Sumber
Kompos
Hidrogen sulfida
Wahyuni, 2004
Kompos
Sulfur dioksida
Prayoga, 2005
Serbuk gergaji
Sulfur dioksida
Manik, 2004
Tanah
Sulfur dioksida
Manik, 2004
Tanah landfill
Hidrogen sulfida
Kurniawan, 2005
Tanah hutan
Hidrogen sulfida
Kurniawan, 2005
Serasah daun
Hidrogen sulfida
Kurniawan, 2005
Gambut
Hidrogen sulfida
Kurniawan, 2005
Campuran tanah,
Emisi gudang
Indriasari, 2005
kompos, sekam kulit
penyimpanan leum
Bahan Organik :
padi Campuran tanah,
Emisi gudang
kompos, serasah daun
penyimpanan leum
Indriasari, 2005
karet Campuan tanah,
Emisi gudang
kompos, kulit kayu
penyimpanan leum
Indriasari, 2005
karet Bahan anorganik : Arang aktif
Hidrogen sulfida
Marseno, 2005
Arang aktif
Sulfur dioksida
Prayoga, 2005
Koral
Hidrogen sulfida
Simangunsong, 2004
Koral
Sulfur dioksida
Prasetiati, 2004
Batu apung
Hidrogen sulfida
Simangunsong, 2004
Batu apung
Sulfur dioksida
Prasetiati, 2004
13
Tabel 4. Ringkasan ciri-ciri penting bahan pengisi biofilter yang biasa digunakan Ciri-ciri
Kompos
Gambut
Tanah
Karbon
Bahan
aktif, perlit
sintetis
dan bahan lembam lain tinggi
densitas
Sedang-
tinggi
Tidak ada
Tidak ada
Rendah-
tinggi
tinggi
Sedang-
Sangat tinggi
rendah
populasi mikroorganisme endogenous sedang
area
tinggi
sedang
permukaan permeabilitas
sedang
tinggi
rendah
tinggi
udara konsentrasi
tinggi
Sedang-tinggi
tinggi
Tidak ada
Tidak ada
sedang
sedang
sedang
Rendah-
Tidak
tinggi
tinggi, sangat
nutrien Kapasitas penyerapan
ada-
tinggi
polutan waktu
2-4 tahun
2-4 tahun
>30 tahun
>5 tahun
>15 tahun
rendah
rendah
Sangat
Sedang-
Sangat tinggi
rendah
tinggi
pemakaian biaya
pemakaian
Mudah,
Sedang,
Mudah,
Butuh
Hanya
umum
efektifitas
masalah
aktifitas
nutrien,
prototype
biaya
pengendalian
biofilter
mungkin
atau
air
rendah
mahal
biotrickling filter
Sumber : Devinny et al. (1999)
E. KORAL Terumbu karang dapat berkembang baik di daerah tropis dan mampu menahan nutrien dalam sistemnya sehingga berfungsi sebagai kolam untuk menampung segala masukkan dari luar. Tiap nutrien yang dihasilkan dapat digunakan langsung oleh tumbuhan tanpa mengedarkannya terlebih dahulu ke perairan (Nybakken, 1992). Terumbu karang adalah endapan masif yang
14
merupakan hasil akhir dari kombinasi dinamika produksi kalsium karbonat oleh alga berkapur, organisme-organisme lain penghasil kalsium karbonat dan hewan karang dengan erosi terumbu akibat faktor biologis dan fisik (Webber dan Thurman, 1991). Keberhasilan terbentuknya karang pembentuk terumbu dengan
alga
mikroskopik
uniseluler
dinoflagellata
(Symbiodinium
microadriaticum), yang umum disebut zooxanthellae. Koral merupakan penyusun utama dari terumbu karang. Koral termasuk anggota filum Cnidaria, klas Anthozoa, dan ordo Madreporaria atau Scleractinia. Koral memiliki kerangka luar dari kalsium karbonat (CaCO3). Pada umumnya karang hidup secara koloni. Koloni karang dengan kerangkakerangka yang padat dan keras dari CaCO3 tidak akan rusak oleh gelombang yang kuat. Karang akan mati karena terlalu lama di udara terbuka (Nybakken, 1992). Proses kalsifikasi adalah proses mineralisasi karikoblast epidermis. Bahan utama yang digunakan dalam proses kalsifikasi sebenarnya merupakan hasil sekresi metabolisme. Pembentukkan CaCO3 tergantung kepada kecepatan pemindahan asam karbonat pada proses kalsifikasi (Suharsono, 1984). Menurut pengamatan laboratoris terbentuknya endapan (kalsium karbonat) adalah sebagai berikut : Ca2+ + 2HCO3- Q Ca(HCO3)2 Q CaCO3 + H2CO3 CaCO3 (aroganit kristal) inilah yang mengendap dan membentuk karang (Sya`rani, 1982). Asam karbonat (H2CO3) berubah menjadi ion hidrogen (H+) dan karbonat (HCO3-) yang cenderung berubah menjadi H2O dan CO2. semua reaksi ini terjadi di dalam tubuh karang, dimana pembentukkan air dan karbondioksida dipercepat oleh adanya enzim anhydrase (Mapstone, 1990). Zooxanthellae memanfaatkan hasil-hasil metabolisme dari terumbu karang yang berupa bahan-bahan organik dan respirasi (CO2) dari terumbu karang, yang digunakan untuk proses fotosintesa. Di dalam air CHO tidak stabil dalam bentuk 2 HCO3-, yang kemudian mengikat kalsium (Ca2+) dari perairan yang akan membentuk Ca(HCO3)2 yang berada dalam keadaan stabil (Suharsono, 1984). Apabila proses ini berjalan cepat, maka keseimbangan akan bergeser ke arah kanan, dan terurai menjadi
15
CaCO3 + H2CO3. Hal ini terjadi setiap hari dan pusat pendepositan CaCO3 adalah pada siang hari dimana proses asimilasi mencapai level tertinggi (Mapstone, 1990). Hewan karang atau polip memperoleh energi dalam bentuk makanan dan oksigen langsung dari zooxanthellae dimana hal ini sangat membantu pertumbuhan dari polip karang itu sendiri. Sebaliknya, zooxanthellae yang hidup pada jaringan karang, selain memperoleh tempat berlindung dari pemangsa, dapat juga memakai karbondioksida yang dihasilkan polip karang dari proses respirasi, nutrien-nutrien (PO43-, NH3-) dan produk-produk metabolisme lainnya (urea, asam amino) yang berasal dari ekskresi karang untuk proses fotosintesis (Burke et al., 2002). Zooxanthellae adalah algae bersel tunggal dengan ukuran mikroskopis berwarna coklat dan memerlukan cahaya matahari untuk berfotosintesa. Warna coklat dari algae ini mempengaruhi sebagian besar warna karang, sehingga hampir semua karang berwarna coklat walaupun sebenarnya karang juga mempunyai pigmen sendiri (Suharsono, 1996). Dalam kondisi perairan tertentu zooxanthellae dapat keluar dari karang misalnya sebagai akibat dari stress lingkungan (kecerahan yang kurang atau berlebihan, salinitas rendah, suhu terlalu tinggi) atau adanya penyakit yang menimpa karang tersebut dan menyebabkan karang menjadi putih (Veron, 1993).
F. ARANG AKTIF Arang dapat diaktifkan dengan menggunakan gas CO2, uap air, dan bahan kimia. Bahan-bahan yang menutup pori-pori arang dihilangkan sehingga arang tersebut akan menjadi arang aktif dengan daya adsorbsi yang lebih tinggi. Proses pengaktifan arang bertujuan agar arang lebih mampu menyerap zat warna dan gas secara efektif walaupun dalam jumlah yang kecil (Ketaren dan Djatmiko, 1978). Sifat fisik dan kimia arang aktif tergantung dari cara pengaktifannya. Arang yang diaktifkan dengan menggunakan gas, masih menunjukkan struktur bahan mentahnya dan mempunyai reaksi basa, sedangkan arang yang
16
diaktifkan dengan menggunakan bahan kimia, menunjukan struktur yang berlainan dengan bahan mentah dan bereaksi asam (Djatmiko et al., 1985). Dibandingkan dengan adsorben komersial lainnya, arang aktif mudah dibuat dari bahan-bahan yang mengandung karbon seperti bahan-bahan buangan. Kelebihan lainnya yaitu memiliki aktivitas dengan spektrum penyerapan yang luas dan stabilitas fisik dan kimia yang sangat baik. Arang aktif mempunyai sifat penyerapan yang selektif, lebih menyukai bahan-bahan non polar daripada bahan polar. Pada bahan-bahan dalam satu deret homolog, biasanya daya serap arang aktif meningkat dengan meningkatnya titik didih. Kemampuan daya serap bertambah dengan meningkatnya tekanan dan menurunnya temperatur (Djatmiko et al., 1985). Mutu arang aktif tergantung dari luas permukaan, luas melintang dan isi kapiler untuk setiap unit bobot, ukuran partikel, sifat kimia permukaan, dan bahan baku serta cara pengaktifan yang dilakukan. Arang yang baik mutunya adalah arang dengan kadar karbon tinggi dan kadar abu serta hidrogen rendah (Djatmiko et al., 1985).
G. KOMPOS Kompos merupakan bahan organik yang berfungsi sebagai pupuk. Selain itu dapat memperbaiki sifat fisik tanah karena tanah menjadi remah dan mikroba-mikroba tanah yang bermanfaat dapat hidup dengan subur (Wudianto, 1996). Menurut Cosico (1985) pengomposan berarti suatu proses yang dapat mengakibatkan suatu campuran bahan-bahan organik akan terurai menjadi produk akhir (kompos) yang stabil di bawah kondisi yang optimum ataupun buruk yang kemudian kompos tersebut dapat dipergunakan ataupun buruk yang kemudian kompos tersebut dapat dipergunakan sebagai pupuk dan penyubur tanah. Harada et al. (1993), menyatakan bahwa bahan organik yang dikomposkan dan akan digunakan untuk tanah pertanian sebaiknya terdekomposisi dengan baik dan tidak menimbulkan berbagai efek yang
17
merugikan terhadap pertumbuhan tanaman. Kompos dicirikan oleh sifat-sifat berikut : 1. berwarna coklat tua sampai hitam 2. tidak larut dalam air meskipin sebagian dari kompos dapat membentuk suspensi 3. sangat larut dalam pelarut alkali, natrium pirifosfat, atau larutan amoniak oksalat menghasilkan ekstrak berwarna gelap dan dapat difraksinasi lebih lanjut menjadi humic, fulfic, dan humin 4. nisbah C/N berkisar antara 10 – 20 (tergantung bahan baku dan derajat humidifikasi) 5. memiliki kapasitas pemindahan kation dan absorbsi air yang tinggi 6. jika digunakan pada tanah, kompos menberikan efek-efek menguntungkan bagi tanah dan pertumbuhan tanaman. Nilai pupuknya ditentukan oleh N, P, K, Ca, dan Mg. 7. tidak berbau 8. secara biokimiawi tidak stabil tetapi komposisinya berubah karena aktifitas mikroba, sepanjang kondisi lingkungannya sesuai (seperti suhu dan kelembaban), yang akan dioksidasi menjadi garam-garam anorganik, karbondioksida, dan air. Mutu kompos dipengaruhi oleh tingkat kematangannya. Kompos yang telah matang akan memiliki kandungan bahan organik yang dapat didekomposisi dengan mudah dan nisbah C/N yang rendah. Kompos yang baik tidak mengandung bahan-bahan yang dapat merugikan pertumbuhan tanaman dan tidak menebarkan bau yang ofensif serta kandungan airnya mencukupi. Kompos juga bisa digunakan sebagai bahan pengisi organik, karena memiliki keragaman dan jumlah mikroorganisme yang tinggi, mempunyai kapasitas penyangga air yang tinggi serta pH yang netral. Bahan kompos mempunyai tahanan penurunan permukaan lebih tinggi dibanding gambut (Devinny et al., 1999).
18
H. TANAH Menurut Devinny et al., (1999) tanah dapat digunakan sebagai bahan pengisi biofilter sebab tanah sangat murah, mudah didapat, tersedia dalam jumlah melimpah, serta mengandung populasi mikroba yang tinggi. Tanah secara alami bersifat hidrofilik dan kemampuan untuk menahan kehilangan air lebih tinggi bila dibandingkan dengan kompos dan gambut walaupun dalam kondisi yang kering. Namun kekurangan tanah sebagai bahan pengisi adalah mempunyai daya penurunan tekanan yang besar dan mudah terbentuk celah untuk aliran udara. Tanah mempunyai permeabilitas yang rendah terhadap gas. Tanah adalah faktor lingkungan yang mengandung komponenkomponen biotik maupun abiotik yang diperlukan oleh organisme termasuk aktifitas organik. Bahan organik pada tanah harus cukup tinggi karena untuk mempertahankan tanah berstruktur remah, sebab tanaman pada tanah tersebut memerlukan struktur remah agar sirkulasi udara dan air berjalan dengan baik. Tanah yang cukup mengandung bahan organik, maka tanah tidak terlalu cepat kering karena adanya bahan organik kemampuan tanah tersebut menahan air diperbesar, air tidak lepas tetapi diikat, disamping itu juga akan menjelmakan tanah dari struktur ringan menjadi lebih baik dan daya mengikat air tinggi, sedangkan pada tanah berat akan menjadi ringan (Soesrosudirdjo et al., 1977). Pengaruh fisik
yang lain bahwa bahan organik bersama tanah
membentuk koloid yang dapat mengikat ion-ion hara tanaman sehingga tidak mudah tercuci oleh air hujan meupun air pengairan. Keadaan adalah sebaliknya apabila tanah hanya mengandung sedikit bahan organik, maka tanah akan cepat mengeras dan mengering, dimana keadaan tersebut sudah barang tentu tidak dikehendaki oleh tanaman (Hadmadi, 1977).
19
III. METODOLOGI PENELITIAN
A. BAHAN DAN ALAT Bahan yang digunakan untuk penelitian ini adalah: NH4OH, pereaksi Nessler, larutan penyerap asam borat 0.01 %, larutan induk standar NH4Cl 10 ppm, Nutrient Agar, Bacto Agar dan aquabidest. Alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain aerator, selang plastik, flowmeter, kolom dari pipa peralon PVC, bahan pengisi (koral, arang aktif, kompos, tanah landfill TPA Galuga), inkubator, peralatan gelas, spektrofotometer. B. METODE PENELITIAN 1. Pembuatan Reaktor Biofilter Kolom biofilter yang digunakan terbuat dari pipa PVC dengan ketinggian tabung 60 cm dan diameter dalam 15.24 cm. Masing-masing kolom biofilter diberi 5 lubang yaitu 2 lubang untuk lubang pemasukan dan pengeluaran gas, 3 lubang untuk pengambilan sampel bahan pengisi. Rancangan biofilter dapat dilihat pada Gambar 5. Masing-masing kolom diberi ukuran untuk pengisian bahan pengisi. Setiap kolom diberikan jarak untuk udara sebesar 5 cm pada bagian atas dan 10 cm pada bagian bawah. Ketinggian bahan pengisi dalam kolom dibagi menjadi 3, masing-masing 15 cm. Lubang pengambilan contoh bahan pengisi berada di tengah bahan pengisi itu. Masing-masing bahan pengisi memiliki berat densitas yang berbeda, sehingga berat bahan pengisi yang diisikan pada masing-masing kolom juga berbeda. Biofilter yang dioperasikan dapat dilihat pada Lampiran 4. 2. Penyiapan inokulum bakteri Nitrosomonas sp. dan penghitungan bakteri heterotrof pada bahan pengisi Bakteri yang digunakan adalah bakteri Nitrosomonas sp. Pengkondisian bakteri seperti pada Gambar 3 dilakukan sebelum
20
diaplikasikan dalam biofilter, yaitu memberikan asupan nutrien dengan pengamatan perubahan warna sebagai indikator. Menurut Yani (1999), bakteri pengoksidasi amoniak dapat tumbuh pada kondisi pH 5.8 - 8.5 dan suhu 5 - 30 oC. Sedangkan bakteri pengoksidasi nitrit dapat tumbuh pada suhu 5 - 40 oC dan pH 6.5 – 8.5.
(a)
(b)
(c)
Gambar 3. Tahapan propagasi Nitrosomonas sp.. (a) Media pertumbuhan Nitrosomonas sp., (b) Nitrosomonas sp. diinkubasi selama 1 minggu, (c) Nitrosomonas sp. diinkubasi selama 4 minggu.
Media yang digunakan untuk memperbanyak Nitrosomonas sp. adalah media Alexander (AL). Indikator warna menggunakan fenol red. Adapun komposisi media AL dapat dilihat pada Tabel 5. Nilai pH media diatur sampai 8 dengan menggunakan NaOH 0.1 N sehingga media berwarna merah. Jika pH turun, warna akan berubah menjadi kuning, nilai pH mencapai 6. Bakteri diinkubasi selama empat minggu, kemudian dilakukan penambahan media untuk perbanyakan. Hal ini dilakukan sampai perubahan pH media relatif cepat dari 8 ke 6. Perubahan nilai pH yang relatif cepat, yaitu sekitar 3-4 hari sudah berubah dari nilai pH 8 menjadi 6, mengindikasikan pertumbuhan bakteri Nitrosomonas sp.
21
Tabel 5. Komposisi media pertumbuhan Nitrosomonas sp. Bahan
Jumlah (per liter)
(NH4)2SO4
0.59 g
K2HPO4
0.2 g
Fe-sitrat
0.5 mg
CaCl2.2H2O
0.04 g
MgSO4.7H2O
0.04 g
Fenol-red (pH 6.2 – 8.4)
0.5 mg
Aquades
900 ml
Sumber : Verstraete (1981) di dalam Anas (1989).
Pengujian TPC terhadap bakteri heterotrof dan MPN terhadap bakteri Nitrosomonas sp. Hal ini dilakukan untuk mengetahui jumlah sel mikroorganisme yang terdapat dalam bahan pengisi sebelum aplikasi biofilter. 3. Karakterisasi bahan pengisi Tahap ini merupakan tahap persiapan bahan pengisi biofilter. Bahan pengisi terdiri dari : 1. Koral 2. Arang aktif 3. Kompos dari tempat pengomposan Tumaritis, TPA Galuga, Bogor. 4. Tanah landfill dari TPA Galuga, Bogor. Bahan pengisi yang akan digunakan dilakukan pengujian awal bahan antara lain kadar air, pH, kadar nitrogen organik dan karbon organik. 3. Penelitian Utama Biofilter yang digunakan sebanyak 4 buah kolom yang diisi dengan bahan pengisi yang berbeda setinggi ± 45 cm. Gas NH3 diperoleh dari larutan NH4OH teknis yang diaerasi dengan flow 1-1.3 liter/menit dengan rentang konsentrasi amoniak rata-rata antara 0.1 – 70 ppm.
22
Gas NH3 yang digunakan dinaikkan secara bertahap. Hal ini dilakukan untuk menambah beban pada biofilter, tetapi disesuaikan dengan kapasitas penyerapannya. Secara teknis, konsentrasi dinaikkan jika efisiensi lebih dari 90%). 4. Analisis data Analisis data dilakukan dengan analisis deskriptif untuk parameter laju penghilangan gas, laju pertumbuhan mikroorganisme dan laju pembentukan nitrat. Data yang diperoleh digunakan untuk menentukan kondisi terbaik penghilangan gas. Contoh perhitungan pengolahan data adalah sebagai berikut : a). Perhitungan g-N dalam kurva standar : g-N = ml standar x 14 x 10 ppm x 1 gram x 1 liter 53.5 1000 mg 1000 ml b). Perhitungan g-N dalam contoh : g-N = ((nilai absorbansi x pengenceran) - b) x 5 a Contoh : Y = a X + b = 11.314 X + 0.0746 Y = Nilai absorbansi X = Konsentrasi (g-N) g-N =
((0.450 x 1) – 0.0746)
x 5
11.341 =
0.00017
c). Perhitungan g-N per udara yang masuk : Volume (m3) = (waktu sampling (menit) x Flow (liter/menit) x (273+25 0C)) (273 + t 0C) x 1000 (m3) g-N/l =
g-N yang terserap Volume (m3)
23
Contoh : g-N/l =
0.00017 0.0010
= 0.00017 µg/m3 = (g-N/l x (17/14) x 109) 1000 = (0.00017 x (17/14) x 109) 1000 =
202.994
d). Perhitungan konsentrasi NH3 dalam ppm : ppm =
(8.314 x (273 + t 0C) x µg NH3/m3) 103205 x BM NH3
=
(8.314 x (273+28) x 202.994)) 103250 x 17
= 0.29 ppm
e). Perhitungan beban yang ditambahkan dan penyerapan NH3 dalam bahan pengisi : g-N total/hari = g-N/l udara x flow (l/menit) x 24 jam x 60 menit x ((H+1) – H) Berat kering bahan = (100 % - % kadar air) x berat bahan pengisi = (100 % - 22.16 %) x 3.477 kg = 2.71 kg berat kering Contoh : g-N total/hari = 0.00017 x 1 x 24 x 60 (2-1) =
202.994
24
g-N/ kg berat kering bahan =
0.241 g-N total/hari 2.71 kg berat kering
= 0.09 g-N/kg berat kering/hari Penyerapan
= Beban inlet – Beban outlet = 0.09 – 0.03 = 0.06 g-N/kg berat bahan kering
Penentuan kapasitas penyerapan optimal bahan pengisi dapat dilihat pada Gambar 4, yaitu dilakukan dengan plot data beban (sumbu x) dan kapasitas penyerapan (sumbu y). Kapasitas penyerapan optimum ditentukan sebagai titik dimana kurva penyerapan menyimpang dari kurva
Penyerapan pada sumbu Y
penyerapan ideal (Hirai et al.).
Beban pada sum bu x
Gambar 4. Grafik hubungan beban (x) dan kapasitas penyerapan (y) untuk menentukan kapasitas penyerapan bahan. f). Perhitungan persen penghilangan polutan (efisiensi) biofilter : Efisiensi
=
(Konsentrasi inlet – Konsentrasi oulet)
x 100 %
Konsentrasi inlet Contoh : Efisiensi
=
(0.29 ppm – 0.097 ppm) x 100 % 0.29 ppm
=
67 %
25
g). Perhitungan kinetika biofilter : Rumus umum kinetika menurut persamaan Michaelis-Menten : Ks
C ln R
=
C ln
Vm
+
Vm
Keterangan : Vm : Laju penghilangan maksimum (g-N/kg-bahan kering/hari) Ks
: Konstanta jenuh (ppm)
α
: Koefisien konversi (kg-bahan kering/g-N)
SV : Space velocity (per hari) C ln
=
(konsentrasi inlet – konsentrasi outlet) x ln
konsentrasi inlet konsentrasi outlet
R = SV x (konsentrasi inlet – konsentrasi outlet) α Contoh : C ln
R
= (3.244 ppm – 0.142 ppm) x ln =
9.71
=
1020.13
x
3.244 ppm 0.142 ppm
(3.244 ppm – 0.142 ppm)
= 0.00067
4748392.16 Grafik dibuat dengan C ln pada sumbu X dan C ln/R pada sumbu Y untuk mencari V maksimum (Vm) dan konstanta jenuh (Ks), dengan menggunakan persamaan umum kinetika. Perhitungan dilakukan dengan persamaan garis Y= aX + b, sehingga didapatkan a = 1/Vm dan b = Ks/Vm atau Vm = 1/a dan Ks = Vm x b.
26
a b c
d e 5 cm ruang kosong L-1 15 cm bahan pengisi
f / L-2
L-3
g
15 cm bahan pengisi
15 cm bahan pengisi
10 cm ruang kosong
Gambar 5. Model kolom biofilter skala laboratorium. (a) Pompa udara, (b) Larutan NH4OH pekat, (c) Flow meter, (d) Larutan NH4OH cair, (e) Lubang inlet, (f) Lubang sampling, (g) Lubang outlet.
27
Biofilter yang dioperasikan menggunakan larutan NH4OH teknis yang diencerkan pada konsentrasi tertentu dan dimasukkan pada wadah b. Dari wadah b diteteskan pada wadah d untuk menghasilkan gas amoniak tambahan yang kemudian gas tersebut diakumulasikan ke dalam wadah b. Pompa udara memompa gas yang terkumpul untuk dialirkan ke dalam kolom biofilter dengan diatur kecepatan alirannya sebesar 1 liter per menit. Gas yang dialirkan dilakukan pengambilan contoh dengan menggunakan tabung sampling yang diisi larutan penyerap asam borat 0.01 % sebanyak 10 ml. Sampling dilakukan selama 1 menit, kemudian diberikan peraksi nessler sebanyak 1 ml, kemudian dilanjutkan dengan pengukuran nilai absorbansi pada panjang gelombang 420 nm dengan blanko. Pengambilan contoh udara dilakukan pada inlet dan outlet.
28
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. KARAKTERISTIK DAN FUNGSI BAHAN PENGISI Bahan pengisi yang digunakan sangat menentukan kinerja biofilter. Hal ini terkait dengan sifat fisik dan kimia bahan pengisi. Sifat fisik berpengaruh pada penyerapan secara fisik polutan ke bahan pengabsorb. Menurut Devinny et al., (1999) absorbsi menghilangkan polutan dengan mengubahnya dari fasa gas menjadi fasa cair. Bahan pengisi yang digunakan terdiri dari bahan organik dan anorganik. Bahan ini dipilih karena memiliki karakteristik yang berbeda, yaitu koral dan arang aktif sebagai media anorganik, kompos dan tanah sebagai media organik. Berikut data analisis bahan pengisi yang akan digunakan dapat dilihat di Tabel 6. Tabel 6. Karakteristik bahan pengisi yang digunakan Analisa
Koral
Arang aktif Kompos
Tanah
Berat basah (g)
3 500
2 040
5 000
5 000
Densitas (Kg-bahan kering/m3)
206.10
153.66
373.17
403.66
Kadar air (%)
22.16
38.12
33.77
38.8
Kadar nitrogen organik (%)
0.03
0.05
0.43
0.34
Kadar karbon organik (%)
27.74
33.12
32.35
28.86
pH
7.99
7.28
7.54
7.34
Koral yang digunakan memiliki kadar air yang cukup rendah. Hal ini disebabkan oleh sifat koral yang memiliki porositas yang tinggi dan tidak mudah menyerap air. Oleh karena itu, pada kolom koral diperlukan penambahan air secara berkala agar kadar air bahan relatif stabil. Kadar karbon total koral relatif lebih rendah dibanding bahan pengisi yang lain, demikian halnya kadar nitrogen relatif lebih rendah dari bahan pengisi lainnya. Nilai pH koral relatif netral. Densitas menentukan tingkat kerapatan
29
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
30
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 9396%. 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-N/kg-koral kering/hari.
31
100
3
80
2.5 60
2 Inlet Outlet Efisiensi
1.5 1
40
(a )
20
0.5
Pen yerap an (g-N/kg bah an kering )
0
Nitrat yan g terb en tu k (p p m )
efisiensi (%)
Konsentrasi NH3 (ppm)
3.5
0 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
1 Inlet 0.8
Outlet
0.6 0.4
(b)
0.2 0 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
2500 2000
(c)
1500 1000 500 0 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
9
(d)
8.5
pH
8 7.5 7
L-1 L-2
6.5
L-3 6 0
7
14
17
21
23
Hari ke -
Gambar 6. Perubahan penyerapan gas NH3 oleh biofilter dengan bahan pengisi koral dinokulasi dengan Nitrosomonas sp. (a) konsentrasi inletoutlet gas, (b) penyerapan NH3, (c) pembentukkan NO3-, (d) perubahan nilai pH.
32
Penyerapan (g-N/kg koral kering)
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Beban (g-N/kg koral kering)
Gambar 7. Kapasitas penyerapan biofilter koral terhadap beban. 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-N/kg-koral kering/hari. Gambar 7 menunjukkan kapasitas penyerapan bahan pengisi sebesar 0.53 g-N/kg-koral kering/hari.
2. Analisa Kinetika Biofilter Kinetika dilakukan setelah hari ke 22 biofilter dioperasikan. Inlet NH3 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.
33
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
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
30
(a)
25 20 inlet outlet efisiensi
15 10 5 0 1
3
5
7
9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 jam ke -
15000
12500
(b)
10000 C ln/R
Konsentrasi NH3 (ppm)
35
efisiensi
inlet yang ditambahkan sebesar 31.40 ppm.
7500
5000 y = 666.45x + 2874.4 R2 = 0.8314 2500
0 0
5
10
15
C ln
Gambar 8. Analisa kinetika biofilter dengan bahan pengisi koral dinokulasi dengan Nitrosomonas sp. (a) perubahan konsentrasi inlet-outlet selama kinetika, (b) analisis kinetika penghilangan NH3.
34
Pada Gambar 8 b, telah diketahui nilai penghilangan amoniak maksimum, Vm, adalah 0.0015 g-N/kg koral kering/jam. 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 sel/gcontoh. 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 sel/g-contoh, 3.60 sel/g-contoh, 7.60 sel/g-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 sel/gcontoh, 8.40 sel/g-contoh, 8.81 sel/g-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 sel/g-contoh, 8.40 sel/g-contoh, 8.81 sel/g-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,
35
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 cfu/g-contoh, 4.48 cfu/g-contoh, 7 cfu/gcontoh. Setelah hari ke tujuh, nilai logaritma jumlah sel bakteri berturutturut adalah 6 cfu/g-contoh, 6.48 cfu/g-contoh, 6 cfu/g-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.
36
10 Nitrosomonas
Nilai Logaritma Jumlah Sel
12
8
L-1
6
L-2
(a )
L-3
4 2 0
Nilai Logaritma Jumlah Sel Heterotrof
0
7
14
21
8 7 6
(b)
5
L-1
4
L-2
3
L-3
2 1 0 0
7
14
21
25
Kadar Air (%)
20 L-1
15
L-2 10
L-3
5
(c)
0 0
7
14
21
Hari ke -
Gambar 9. Perubahan jumlah sel bakteri pengoksidasi NH3 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 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
37
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 Ca2+ dari bahan pengisi koral. Menurut Spotte et al., (1970) jika kapur CaCO3 ditambahkan ke dalam air akan terjadi reaksi dengan CO2 bebas dan membentuk ion bikarbonat Ca(HCO3)2 yang merupakan buffer utama serta mampu menetralkan setiap penambahan CO2. 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 Secara umum, kolom arang aktif memiliki efisiensi kurang dari 95% seperti yang di tunjukkan pada Gambar 10a. Konsentrasi inlet awal amoniak yang ditambahkan 0.33 ppm, kolom mempunyai efisiensi 82 %. Kemudian konsentrasi dinaikkan sampai 0.24 ppm, efisiensi berangsur naik menjadi 90%, namun setelah itu efisiensi berfluktuasi dari 42-86%, dengan konsentrasi inlet berkisar antara 0.26 – 0.27 ppm. Nitrat yang terbentuk karena oksidasi amoniak adalah 2111.60 ppm. Nilai ini mengalami kenaikan
38
dari jumlah nitrat sebelumnya, hal ini menunjukkan adanya aktifitas oksidasi terhadap amoniak oleh bakteri Nitrosomonas sp dan bakteri heterotrof. Konsentrasi nitrat yang terbentuk ini berbanding lurus dengan jumlah bakteri yang tumbuh. Pada Gambar 13a memperlihatkan adanya kecenderungan jumlah bakteri Nitrosomonas sp. mengalami kenaikan terutama pada lubang 2. Hal ini dikarenakan pada lubang 2 bakteri cenderung terjerat secara stabil. Adanya proses penambahan air pada tiap tujuh hari sekali, guna mempertahankan kadar air, maka bakteri akan lebih mudah luruh dari bahan pengisi, hal ini terjadi terutama pada lubang 1 dan 3. Demikian halnya pada Gambar 13b memperlihatkan jumlah bakteri heterotrof pun mengalami kenaikan jumlah bakteri dibanding dengan H-0. Pada hari ke-10 sampai hari ke-14, konsentrasi inlet yang diberikan berkisar antara 0.35 – 1.07 ppm, efisiensi kolom berfluktuasi 52-99%. Pada masa ini, diketahui jumlah bakteri cenderung naik. Kenaikan ini diikuti pula oleh kenaikan kadar air bahan pengisi. Daya dukung lingkungan semacam ini, membuat efisiensi biofilter cenderung lebih stabil meskipun konsentrasi inlet terus ditambah. Pada hari ke-14, nitrat yang terbentuk mengalami kenaikan, yaitu mencapai 2101.80 ppm. Kenaikan ini setara dengan kesesuaian lingkungan bahan pengisi biofilter. Kemudian mengalami penurunan jumlah nitrat yang terbentuk
karena jumlah sel
bakteri
juga
mengalami penurunan.
Kecenderungan ini setara dengan penurunan kadar air dan kenaikan pH. Kenaikan pH disebabkan sedikitnya amoniak yang teroksidasi menjadi nitrit yang bersifat asam, sedangkan kadar air berpengaruh bagi terbentuknya biofilm pada bahan pengisi. Konsentrasi inlet yang ditambahkan terus dinaikkan. Pada hari ke-16 sampai 26, efisiensi cenderung stabil pada kisaran 87-100 %. Inlet yang ditambahkan berkisar antara 0.69 - 3.12 ppm. Nilai ini dipengaruhi oleh kadar air berkisar antara 20 -30%. Nilai ini mempengaruhi jumlah amoniak yang terjerap dalam air dan efektifitas terbentuknya nitrat.
39
3
80
2.5 60
2 Inlet Outlet Efisiensi
1.5 1
(a)
0.5
20
0
0 0
penyerapan (g-N/kg arang kering)
40
Efisiensi (%)
Konsentrasi NH3 (ppm)
100
3.5
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
24
26
2.5 inlet 2
outlet
1.5 1
(b)
0.5 0 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
Nitrat yang terbentuk (ppm)
2500 2000 1500 1000
(c) 500 0 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
10 9.5 9 pH
8.5 8 7.5
L-1
7
L-2
6.5
L-3
(d)
6 0
7
14
17
21
23
26
Hari ke -
Gambar 10. Perubahan penyerapan gas NH3 oleh biofilter dengan bahan pengisi arang aktif diinokulasi dengan Nitrosomonas sp. (a) konsentrasi inlet-outlet gas, (b) penyerapan NH3, (c) pembentukkan NO3-, (d) perubahan nilai pH.
40
penyerapan (g-N/kg arang kering)
2
1.5
1
0.5
0 0
0.5
1
1.5
2
beban (g-N/kg arang kering)
Gambar 11. Kapasitas penyerapan biofilter arang aktif terhadap beban
Selama 28 hari biofilter dioperasikan, konsentrasi inlet yang diberikan antara 0.24 – 3.12 ppm dengan outlet berkisar antara 0.001 – 0.23 ppm. Persen penghilangan amoniak oleh biofilter berkisar antara 42 – 100 %. Beban yang ditambahkan antara 0.08 – 2.01 g-N/kg-arang aktif/hari kering sehingga biofilter memiliki kapasitas penyerapan 0.41 g-N/kg-arang aktif/hari kering seperti yang ditunjukkan pada Gambar 11.
4. Analisa Kinetika Biofilter Kinetika dilakukan setelah biofilter beroperasi selama 26 hari dengan efisiensi biofilter terakhir 87 %. Gambar 12a menunjukkan kinetika dilakukan selama 42 jam, dengan konsentrasi inlet jam pertama adalah 1.63 ppm, efisiensi turun menjadi 86 %. Pada jam ke-2, efisiensi naik menjadi 99% dengan inlet sebesar 1.61 ppm.
41
100
6
60
4 3
40
Inlet Outlet efisiensi
2
(a)
efisiensi (%)
80
5
20
1 0
0 1
3
5
7
9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 Jam ke 10000 9000 8000
(b)
7000 C ln/R
Konsentrasi NH3 (ppm)
7
6000 5000 y = 354.28x + 2246.2 R2 = 0.8898
4000 3000 2000 1000 0 0
5
10
15
20
25
C ln
Gambar 12. Analisa kinetika biofilter dengan bahan pengisi arang aktif dinokulasi dengan Nitrosomonas sp. (a) perubahan konsentrasi inlet-outlet selama kinetika, (b) analisis kinetika penghilangan NH3. Efisiensi ini bertahan sampai pada jam ke-15, dengan konsentrasi inlet 5.13 ppm. Pada jam ke-16 sampai jam ke-31, efisiensi bertahan pada 97% dengan konsentrasi inlet antara 4.25 - 5.77 ppm. Kemudian konsentrasi inlet dinaikkan lagi antara 3.80 – 4.15 ppm, dalam hal ini efisiensi turun hingga mencapai 90%. Konsentrasi inlet dinaikkan kembali hingga efisiensi menjadi 53%. Penurunan efisiensi ini diberikan inlet sebesar 4.66 – 5.60 ppm. Analisa kinetika biofilter arang aktif ditunjukkan Gambar 12b, diketahui biofilter mempunyai nilai penghilangan amoniak maksimum, Vm,
42
sebesar 0.0029 g-N/kg bahan kering dan nilai kejenuhan konstan, Ks, adalah 6.34 ppm.
3. Jumlah Sel Bakteri dan Kadar Air Perubahan kadar air ditunjukkan pada Gambar 13c. Kadar air kolom hari ke-7, berturut-turut lubang 1, lubang 2, lubang 3 adalah 26.08 %, 23.23 %, 24.93 %. Diketahui nilai logaritma jumlah sel Nitrosomonas sp. adalah 5.20 sel/g-contoh, 8.04 sel/g-contoh, 5.85 sel/g-contoh dan bakteri heterotrof 5.40 cfu/g-contoh, 7 cfu/g-contoh, 7 cfu/g-contoh. Kadar air yang mengalami penurunan ini membuat amoniak yang terlarut dalam air pun sedikit, sehingga bakteri tidak dapat secara optimal mengoksidasi amoniak. Hal ini disebabkan biofilm belum terbentuk dengan baik sehingga polutan yang bersifat basa terus menerus teradsorb di dalam biofilm yang kemudian menyebabkan pH cenderung lebih tinggi. Pada hari ke-21, bakteri Nitrosomonas sp. sudah mati pada lubang 1 dan lubang 2, tetapi lubang 3 masih terdapat bakteri dengan nilai logaritma sebesar 1.04 sel/g-contoh. Hal ini didukung dengan keberadaan kadar air sebesar 28.05% pada lubang 3, sedangkan bakteri heterotrof jumlahnya cenderung menurun yaitu dengan nilai logaritmanya berturut-turut lubang 1, lubang 2, lubang 3 adalah 2.60 cfu/g-contoh, 2.30 cfu/g-contoh, 3.30 cfu/gcontoh. Demikian halnya pada hari ke-24, bakteri yang hidup hanya bakteri heterotrof dengan nilai logaritmanya berturut-turut lubang 1, lubang 2, lubang 3 adalah 2.85 cfu/g-contoh, 2.95 cfu/g-contoh, 3.70 cfu/g-contoh. Perubahan jumlah bakteri ini diperlihatkan pada Gambar 13 a untuk bakteri Nitrosomonas sp. dan Gambar 13 b untuk bakteri heterotrof.
43
Nitrosomonas Nilai Logaritma Jumlah Sel Heterotrof
(a)
L-1 L-2 L-3
0
7
14
21
26
8 7
(b)
6 5
L-1
4
L-2
3
L-3
2 1 0 0
7
14
21
26
45
Kadar Air (%)
Nilai Logaritma Jumlah Sel
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
40
(c) L-1
35
L-2 30
L-3
25 20 0
7
14
21
26
Hari ke -
Gambar 13. Perubahan jumlah sel bakteri pengoksidasi NH3 selama pengoperasian biofilter arang aktif. (a) grafik untuk pertumbuhan Nitrosomonas sp., (b) grafik untuk pertumbuhan bakteri heterotrof, (c) kadar air, L-1 : lubang 1, L-2 : lubang 2, L-3 : lubang 3. 4. Pengamatan pH Nilai pH pada biofilter kolom arang aktif cenderung basa, berturutturut lubang 1, lubang 2, lubang 3 adalah 7.01, 7.02, 7.81. Nilai yang netral ini dipertahankan dengan pemberian dolomit sebelum biofilter dioperasikan, dengan tujuan agar pH tetap netral dan tidak cepat menjadi basa. Setelah tujuh hari biofilter beroperasi nilai pH cenderung menjadi basa, hal ini menunjukkan bahan pengisi arang aktif sangat sensitif terhadap penyerapan
44
NH3. Menurut Allport (1982), arang aktif mempunyai sifat penyerapan yang selektif, lebih menyukai bahan-bahan non polar daripada bahan polar. Dibanding dengan bahan-bahan adsorben komersial lainnya, arang aktif memiliki aktivitas dengan spektrum penyerapan yang luas, stabilitas fisik dan kimia yang sangat baik dan mudah dibuat dari bahan-bahan yang banyak tersedia seperti bahan-bahan buangan. Nilai pH tersebut berturutturut lubang 1, lubang 2, lubang 3 adalah 9.4, 9.52, 9.6. Perubahan nilai pH ini diperlihatkan Gambar 10d. Pada hari ke-14, nilai pH mengalami kenaikan kemudian cenderung stabil dengan nilai tersebut pada hari ke 21 dan 26. Pada hari ke-26, pH mencapai 9 pada lubang 1, 9.10 pada lubang 2, 9.26 pada lubang 3. Nilai ini merupakan rentang Nitrosomonas sp. tidak dapat mengoksidasi amoniak. Menurut Wheaton et al., (1994) derajat keasaman (pH) berpengaruh terhadap pertumbuhan mikroba nitrifikasi dan menghambat kecepatan atau laja degradasi senyawa amonium dalam proses nitrifikasi. Mikroba nitrifikasi menjadi non aktif pada kondisi pH < 6 dan pH > 10. Nilai optimum bagi pertumbuhan mikroba nitrifikasi adalah 6 – 9. Boyd, (1995) menambahkan proses nitrifikasi paling cepat terjadi pada pH 7 – 8.
D. BIOFILTER TANAH
1. Kinerja Penghilangan Amoniak Konsentrasi inlet amoniak yang ditambahkan pada H-0 sampai H-7 berkisar antara 0.29 – 0.46 ppm. Gambar 14a menunjukkan fluktuasi konsentrasi inlet dan outlet pada biofilter tanah. Efisiensi biofilter berkisar antara 79 – 100 %. Nilai pH biofilter pada minggu pertama ini dipengaruhi oleh terbentuknya nitrat yaitu 2315.70 ppm yang sudah mengalami penurunan dari H-0 sebesar 2518.60 ppm. Kondisi kolom relatif stabil karena bahan pengisi tanah memiliki sifat penyerapan yang cukup bagus dan sekaligus memiliki bahan nutrisi alami untuk bakteri. Sifat fisik tanah ini dipengaruhi oleh jumlah bahan organik yang terkandung dalam tanah.
45
100
25
80
(a)
20
Inlet
15
Outlet
60 40
Efisiensi
10
20
5 0
0
Nitrat yang terbentuk (ppm)
Penyerapan (g-N/kg berat kering)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
20
22
24
26
22
24
26
8 7
Inlet
6
Outlet
(b)
5 4 3 2 1 0 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
3000
(c)
2500 2000 1500 1000 500 0 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
8.5 8
pH
7.5 7 6.5 L-1
6
L-2
(d)
5.5
L-3
5 0
7
14
17
21
23
26
Hari ke -
Gambar 14. Perubahan penyerapan gas NH3 oleh biofilter dengan bahan pengisi tanah diinokulasi dengan Nitrosomonas sp. (a) konsentrasi inlet-outlet gas, (b) penyerapan NH3, (c) pembentukkan NO3-, (d) perubahan nilai pH.
46
Efisiensi
Konsentrasi NH3 (ppm)
30
Pada selang hari ke-7 hingga ke-14, kolom biofilter memiliki kisaran nilai pH yang sifatnya basa, namun bakteri masih bisa tumbuh cukup baik sehingga terbentuk nitrat sebesar 1808.70 ppm. Konsentrasi inlet yang ditambahkan berkisar antara 0.46 – 0.96 ppm, sehingga membuat efisiensi memiliki kisaran 93 – 99 %. Pada selang hari ke-15 hingga ke-21, konsentrasi inlet yang ditambahkan antara 1.98 – 3.98 ppm. Efisiensi biofilter bertahan dari 99 – 100 %. Nilai ini didukung oleh terbentuknya nitrat sebesar 1708.80 ppm, sehingga dapat diketahui adanya pertumbuhan bakteri pengoksidasi amoniak, baik Nitrosomonas sp. maupun bakteri heterotrof. Pada selang hari ke-22 hingga ke-26, konsentrasi inlet yang diberikan berfluktuasi antara 1.71 – 25.62 ppm. Efisiensi biofilter bertahan 99 % hingga hari ke-25, kemudian mengalami penurunan pada hari ke-26 menjadi
92
%.
Penambahan
konsentrasi
ini
dilakukan
untuk
mengkondisikan kejenuhan biofilter terkait dengan pembentukkan nitrat oleh bakteri pengoksidasi amoniak. Pada kondisi ini, nitrat yang terbentuk sebesar 1685.25 ppm.
Penyerapan (g-N/kg tanah kering)
10
8
6
4
2
0 0
2
4
6
8
10
beban (g-N/kg tanah kering)
Gambar 15. Kapasitas penyerapan biofilter tanah terhadap beban. Gambar 15 menunjukkan kapasitas penyerapan biofilter setelah dioperasikan selama 28 hari adalah 1.16 g-N/kg bahan kering/hari. Ini
47
terjadi pada hari ke-18. Kapasitas ini karena beban yang diberikan antara 0.06 – 7.34 g-N/kg-tanah kering/hari. Selama operasi, biofilter ini diberikan inlet dengan rentang konsentrasi antara 0.22 – 25.62 ppm dengan outlet antara 0 – 1.284 ppm. Hal ini menyebabkan persen penghilangan berkisar antara 79 – 100 %.
2. Analisa Kinetika Biofilter Analisa kinetika biofilter dilakukan dengan mengoperasikan biofilter dengan penambahan konsentrasi setiap 1 jam sekali. Gambar 16 menunjukkan pengoperasian biofilter untuk kinetika dilakukan pada hari ke26, dengan konsentrasi inlet pada jam pertama adalah 62.54 ppm. Namun efisiensi masih 100 %, kemudian bertahan 99 % selama 6 jam pada fluktuasi penambahan konsentrasi antara 46.65 – 60.10 ppm. Kemudian efisiensi naik lagi menjadi 100 % selama 2 jam berturut-turut dengan penambahan konsentrasi inlet sebesar 41.42 ppm. 100
70
(a)
60
80
50
60
40 40
30 Inlet Outlet Efisiensi
20 10
Efisiensi (% )
Konsentrasi NH 3 (ppm )
80
20
0
0 1
6
11
16
21
26
31
36
41
46
51
Jam ke -
Gambar 16. Perubahan konsentrasi inlet-outlet selama kinetika biofilter dengan bahan pengisi tanah dinokulasi dengan Nitrosomonas Pada mulai jam ke-10 hingga jam ke-17, efisiensi biofilter mulai berfluktuasi dari 86-98 % dengan rentang konsentrasi inlet sebesar 15.59 – 53.42 ppm. Kemudian pada jam ke-18 hingga jam ke-25, efisiensi berfluktuasi lagi dari 90 – 98 %, nilai ini karena ditambahkan konsentrasi
48
inlet sebesar 20.47 – 62.54 ppm. Efisiensi menurun sampai 93 % dengan penambahan konsentrasi inlet sebesar 38.75 ppm, pada jam ke-36. Konsentrasi inlet terus ditambahkan hingga efisiensi mencapai 79 % pada jam ke-40. Setelah inlet ditambahkan dengan kisaran 31.83 – 48.31 ppm, efisiensi mulai mengalami penurunan hingga mencapai 55 %. Namun inlet terus ditambahkan hingga mencapai 58.92 ppm, efisiensi berfluktuasi menurun antara 48 -71%. 35000
(b)
30000
C ln/R
25000 20000 15000
y = 86.66x + 3167.7 R2 = 0.9755
10000 5000 0 0
100
200
300
400
C ln
Gambar 17. Analisis kinetika penghilangan NH3 biofilter berbahan pengisi tanah dengan diinokulasi oleh Nitrosomonas sp. Kinetika biofilter kolom tanah ini memiliki nilai penghilangan amoniak maksimum, Vm, adalah 0.01 g-N/kg tanah kering/jam. Nilai kejenuhan konstan, Ks, adalah 36.6 ppm seperti yang ditunjukkan Gambar 17.
3. Jumlah Sel Bakteri dan Kadar Air Bakteri
pengoksidasi
amoniak
yang
ditambahkan
adalah
Nitrosomonas sp., tetapi yang diukur termasuk bakteri heterotrof, karena kemungkinan besar yang mengoksidasi amoniak tidak hanya Nitrosomonas sp. tetapi juga bakteri lain dalam bahan pengisi. Dalam hal ini, diasumsikan sebagai bakteri heterotrof karena bahan pengisi sebelum digunakan telah diberi nutrien untuk pertumbuhan bakteri. Gambar 18 menunjukkan
49
perubahan jumlah bakteri pengoksidasi amoniak dan kadar air bahan pengisi. Pada H-0, bakteri Nitrosomonas sp. dalam kolom berturut-turut lubang 1, lubang 2, lubang 3 memiliki nilai logaritma jumlah bakteri sebagai berikut 7.95 sel/g-contoh, 10.04 sel/g-contoh, 9.04 sel/g-contoh. Nilai ini didukung juga dengan adanya bakteri heterotrof lubang 1, lubang 2, lubang 3 yaitu dengan nilai logaritma jumlah bakteri 6 cfu/g-contoh, 7.70 cfu/gcontoh, 8.74 cfu/g-contoh.
Nitrosomonas
10
(a)
8
L-1 L-2
6
L-3
4 2 0
Nilai Logaritma Jumlah Sel Heterotrof
9
0
7
14
21
26
8.5
(b)
8 7.5
L-1
7
L-2
6.5
L-3
6 5.5 5
45
0
7
14
21
26
40 Kadar Air (%)
Nilai Logaritma Jumlah Sel
12
35
L-1
(c)
30
L-2 L-3
25 20 15 0
7
14
21
26
Hari ke -
Gambar 18. Perubahan jumlah sel bakteri pengoksidasi NH3 selama pengoperasian biofilter tanah. (a) Nitrosomonas sp., (b) bakteri heterotrof, (c) kadar air, L-1 : lubang 1, L-2 : lubang 2, L-3 : lubang 3.
50
Setelah 7 hari, nilai logaritma jumlah bakteri Nitrosomonas sp. yang tumbuh berturut-turut dengan urutan yang sama adalah 8.15 sel/g-contoh, 7.15 sel/g-contoh, 5.48 sel/g-contoh. Dalam hal ini terjadi kenaikan jumlah sel Nitrosomonas sp. pada lubang 1, karena lubang 1 dekat dengan inlet yang merupakan sumber amoniak. Faktor pendukungnya adalah terdapat kadar air yang cenderung stabil yaitu berkisar antara 21 – 41 %. Nilai logaritma jumlah bakteri heterotrof berturut-turut lubang 1, lubang 2, lubang 3 adalah 6 cfu/g-contoh, 6.18 cfu/g-contoh, 5.95 cfu/g-contoh, dalam hal ini telah mengalami penurunan jumlah sel pada lubang 2 dan 3. Pada hari ke-14, terdapat penurunan jumlah sel Nitrosomonas sp., tetapi terjadi kenaikan jumlah sel bakteri heterotrof. Berturut-turut lubang 1, lubang 2, lubang 3, nilai logaritma jumlah bakteri Nitrosomonas sp. adalah 4.40 sel/g-contoh, 1.04 sel/g-contoh, 1.04 sel/g-contoh. Hari ke-21, kadar air kolom berkisar antara 36 – 42 % ini merupakan pendukung pertumbuhan bakteri pengoksidasi amoniak. Nilai logaritma jumlah sel Nitrosomonas sp berturut-turut lubang 1, lubang 2, lubang 3 adalah 1.04 sel/g-contoh, 1.04 sel/g-contoh, 0.48 sel/g-contoh. Demikian halnya jumlah sel bakteri heterotrof, mengalami penurunan namun tidak sedrastis Nitrosomonas sp. Penurunan ini dikarenakan pH kolom yang semakin basa sehingga Nitrosomonas sp. tidak mampu bertahan hidup. Hari ke-26, nilai pH cenderung asam, tetapi jumlah Nitrosomonas sp. tidak berubah jumlahnya. Hal ini mengindikasikan bahwa hasil oksidasi amoniak yang bersifat asam ini mulai diproduksi. Demikian halnya jumlah sel bakteri heterotrof, tidak mengalami perubahan dari hari ke-21.
4. Pengamatan pH Nilai pH sangat mempengaruhi pertumbuhan mikroorganisme, dalam hal ini bakteri pengoksidasi amoniak. Tanah memiliki buffer yang dapat mempertahankan nilai pH, sehingga pH relatif stabil dan cenderung netral. Perubahan pH diperlihatkan oleh Gambar 14d. Tanah yang
51
digunakan memiliki pH awal berturut-turut lubang 1, lubang 2, lubang 3 adalah 7.54, 7.55, 7.54. Setelah biofilter dioperasikan selama 7 hari, nilai pH naik menjadi 8.19, 8.14, 7.92. Nilai pH pada lubang 1 dan 2 lebih cepat naik karena lubang 1 dekat dengan inlet, sehingga terjadi penumpukkan gas amoniak yang terjerap dalam bahan secara fisik. Setelah 14 hari, pH kolom cenderung basa dengan nilai berturutturut lubang 1, lubang 2, lubang 3 adalah 8.17, 8.03, 8.04. Lubang 3 sudah mengalami kenaikan pH menjadi lebih basa, sehingga diduga amoniak sudah terjerap dan kolom mulai jenuh secara fisik. Namun, terjadi penurunan nilai pH di lubang 1 dan 2, hal ini mengindikasikan pertumbuhan mikroorganisme pengoksidasi amoniak. Karena dalam oksidasi amoniak akan dihasilkan nitrat yang bersifat asam. Pada hari ke-21, nilai pH lubang 2 dan 3 cenderung turun, yaitu 8 dan 7.12. sedangkan pada lubang 1 terjadi kenaikan menjadi 8.18. Hal ini mengindikasikan bakteri pengoksidasi amoniak yang tumbuh cenderung stabil, karena selain bakteri yang ditambahkan, tanah sudah memiliki berbagai macam bakteri yang bisa berfungsi sebagai inhibitor maupun akselerator. Hari ke-26, nilai pH cenderung turun menjadi lebih netral. Hal ini mengindikasikan produksi asam nitrat dan produk metabolisme bakteri yang bersifat asam lainnya lebih banyak. Nilai pH berturut-turut lubang 1, lubang 2 dan lubang 3 adalah 8.20, 7.77, 7.48. Kecenderungan nilai pH yang turun adalah lubang 2 dan 3, dalam hal ini pada lubang 2 dan 3 bakteri memiliki aktifitas oksidasi yang lebih besar daripada pada lubang 1.
E. BIOFILTER KOMPOS
1. Kinerja Penghilangan Amoniak Konsentrasi inlet yang diberikan pada H-0 adalah 0.15 ppm. Biofilter mempunyai efisiensi berfluktuasi antara 96 - 100 % sampai hari ke-5 dengan konsentrasi inlet berkisar antara 0.21 – 0.41 ppm.
52
100 80
15
(a)
40
Inlet Outlet Efisiensi
5
20
0
0 0
Penyerapan (g-N/kg-berat kering)
60
10
E fisiensi (% )
Konsentrasi NH 3 (ppm )
20
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
18
20
22
24
26
6 Inlet
5
(b)
Outlet 4 3 2 1 0 0
2
4
6
8
10
12
14
16
26
3000 2500 ppm Nitrat
2000 1500 1000
(c)
500 0 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
8
pH
7.5
7 L-1
6.5
(d)
L-2 L-3
6 0
7
14
17
21
23
26
Hari ke -
Gambar 19. Perubahan penyerapan gas NH3 oleh biofilter dengan bahan pengisi kompos diinokulasi dengan Nitrosomonas sp. (a) konsentrasi inlet-outlet gas, (b) penyerapan NH3, (c) pembentukkan NO3-, (d) perubahan nilai pH.
53
Kemudian efisiensi mulai tidak stabil, yaitu berkisar antara 65 – 88 % pada hari ke-6 sampai ke-8. Hal ini dikarenakan konsentrasi inlet yang dinaikkan sampai 0.56 ppm. Pada minggu pertama ini, nitrat yang dihasilkan sebesar 2517.80 ppm. Gambar 19a, menunjukkan konsentrasi inlet-outlet NH3 yang diberikan pada kolom biofilter. Efisiensi mulai naik pada kisaran 94 -100 % pada hari ke-9 sampai ke-14, dengan konsentrasi inlet yang ditambahkan antara 0.47 – 2.19 ppm. Pada hari ke-14 diketahui jumlah nitrat yang dihasilkan sebesar 2111.50 ppm, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 19c. Kemudian efisiensi mulai stabil pada kisaran 89 – 97 % pada hari ke-15 sampai 21, dengan kenaikan inlet yang diberikan antara 1.18 – 3.41 ppm. Nitrat yang dihasilkan mengalami penurunan pada hari ke-21 sebesar 1 909 ppm. Pada hari ke-22, inlet terus ditambahkan konsentrasinya menjadi 3.71 – 17.67 ppm, tetapi efisiensi terus berkisar antara 97 - 99 %. Dalam hal ini diketahui nitrat yang dihasilkan mengalami penurunan dari minggu sebelumnya, yaitu sebesar 1 877 ppm. Penurunan jumlah nitrat tersebut dikarenakan oleh berkurangnya jumlah bakteri yang pengoksidasi baik Nitrosomonas sp. maupun bakteri heterotrof, tetapi bahan pengisi kompos relatif stabil nilai pHnya.
Penyerapan (g-N/kg kompos kering)
5
4
3
2
1
0 0
1
2
3
4
5
beban (g-N/kg kom pos kering)
Gambar 20. Kapasitas penyerapan biofilter kompos terhadap beban.
54
Penyerapan biofilter terjadi pada hari ke-11 dengan beban sebesar 0.59 g-N/kg-kompos kering/hari seperti yang ditunjukkan pada Gambar 20. Setelah beban dinaikkan, maka biofilter tidak dapat menyerap secara optimal. Konsentrasi inlet yang telah diberikan antara 0.15 – 15.13 ppm dengan outlet 0 – 0.22 ppm. Persen penghilangan amoniak berkisar antara 65 – 100 %.
2. Analisa Kinetika Biofilter Kinetika biofilter dilakukan pada hari ke-27. Gambar 21 menunjukkan fluktuasi konsentrasi NH3 yang ditambahkan selama kinetika biofilter. Pada jam pertama, diberikan inlet dengan konsentrasi sebesar 6.35 ppm. Efisiensi biofilter cenderung naik dari 94 - 98 %, dengan inlet yang ditambahkan mencapai 52.04 ppm. Konsentrasi mulai dinaikkan lagi hingga efisiensi mulai menurun dari 96 % hingga 85 % pada rentang jam ke-16 sampai jam ke-26. Inlet yang ditambahkan sebesar 33.91 – 49.48 ppm. Pada jam ke-27 sampai jam ke-35, efisiensi biofilter berfluktuasi antara 70 – 91 %. Nilai ini karena konsentrasi inlet yang ditambahkan sebesar 41.45 – 55.78 ppm. Kemudian efisiensi biofilter naik lagi dan cenderung stabil antara 90 – 95 %, dengan konsentrasi inlet yang ditambahkan antara 56.56 – 66 ppm. 100
70
80
60 50
60 Inlet Outlet Efisiensi
40 30
40
20
efisien si (% )
K o n sen trasi N H 3 (p p m )
80
20
10 0
0 1
6
11
16
21
26
31
36
41
46
51
Jam ke -
Gambar 21. Perubahan konsentrasi inlet-outlet selama kinetika biofilter dengan bahan pengisi kompos dinokulasi dengan Nitrosomonas sp.
55
Kenaikan konsentrasi tersebut tetap bersamaan dengan kenaikan efisiensi biofilter, sehingga kemudian pada jam ke-46 konsentrasi inlet dinaikkan pada kisaran 47.52 – 69.93 ppm, hingga jam ke-55 efisiensi turun menjadi 45 %. 25000
y = 85.293x + 1969.8 R2 = 0.9636
C ln/R
20000
15000
10000
(b) 5000
0 0
50
100
150
200
250
C ln
Gambar 22. Analisis kinetika penghilangan NH3 biofilter berbahan pengisi kompos dengan diinokulasi oleh Nitrosomonas sp. Kinetika biofilter kolom kompos ini memiliki nilai penghilangan amoniak, Vm, adalah 0.012 g-N/kg bahan kering/jam. Nilai kejenuhan konstan, Ks, adalah 23.09 ppm.
2. Jumlah Sel Bakteri dan Kadar Air Nilai logaritma jumlah sel bakteri Nitrosomonas sp. dapat pada hari ke-7 mengalami kenaikan di lubang 1 yaitu 8.18 sel/g-contoh dan mengalami penurunan di lubang 2 dan 3 yaitu 4.04 cfu/g-contoh dan 1.04 cfu/g-contoh. Gambar
23
menunjukkan
perubahan
jumlah
bakteri
pengoksidasi amoniak dan kadar air kolom biofilter. Demikian halnya jumlah sel heterotrof, mengalami penurunan pada lubang ke-1 dan ke-3, sedangkan lubang 2 nilainya tetap. Kecenderungan ini setara dengan jumlah kadar air bahan yang mulai menurun. Pertumbuhan bakteri sangat
56
membutuhkan karbon yang cukup untuk diubah menjadi energi untuk
Nitrosomonas Nilai Logaritma Jumlah Sel Heterotrof
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 9
(a) L-1 L-2 L-3
0
7
14
21
26
8 7 6
L-1
5
L-2
4
L-3
3 2
(b)
1 0 0
7
14
21
26
46 44 Kadar Air (%)
Nilai Logaritma Jumlah Sel
mengoksidasi amoniak.
42 40
L-1
38
L-2
36
L-3
(c)
34 32 30 0
7
14
21
26
Hari ke -
Gambar 23. Perubahan jumlah sel bakteri pengoksidasi NH3 selama pengoperasian biofilter kompos. (a) Nitrosomonas sp., (b) bakteri heterotrof, (c) kadar air, L-1 : lubang 1, L-2 : lubang 2, L-3: lubang 3. Pada hari ke-14, sel bakteri Nitrosomonas mengalami penurunan di lubang 1 menjadi 1.30 sel/g-contoh dan kenaikan di lubang 2 dan 3 yaitu 9.40 sel/g-contoh dan 9.40 sel/g-contoh. Demikian halnya dengan jumlah bakteri heterotrof yang mengalami penurunan pada lubang 2 menjadi 6.70 cfu/g-contoh dan kenaikan pada lubang 1 dan 3 yaitu 6.48 cfu/g-contoh dan
57
7.30 cfu/g-contoh. Dalam hal ini diketahui kadar air bahan kembali mengalami penurunan lubang 1, lubang 2, lubang 3 masing-masing adalah 31.64 %, 36.04 % dan 38.44 %. Fluktuasi jumlah sel bakteri heterotrof tidak terlalu signifikan, tetapi pada sel Nitrosomonas sp. telah diketahui fluktuasi yang tajam. Pada hari ke-21, bakteri heterotrof kondisinya relatif stabil dibanding bakteri Nitrosomonas sp. Jumlah sel Nitrosomonas sp. mati pada lubang 2 dan 3, sedangkan pada lubang 1 mengalami penurunan jumlah sel menjadi 1.88 sel/g-contoh. Diketahui kadar air pada saat itu mengalami kenaikan masing-masing lubang 1, lubang 2, lubang 3 adalah 40.54 %, 42.17 %, 43.69 %.
4. Pengamatan pH Nilai pH biofilter bahan pengisi kompos ini memiliki peranan yang sangat penting. Kondisi yang terlalu asam akan menyebabkan bakteri Nitrosomonas sp. mati, demikian halnya jika terlalu basa. Gambar 19, menunjukkan perubahan nilai pH biofilter selama dioperasikan. Setelah 7 hari biofilter dioperasikan, pH mengalami kenaikan berturut-turut lubang 1, lubang 2 dan lubang 3 adalah 6.97, 7.21 dan 7.74. Tetapi setelah 14 hari, nilai pH pada lubang 2 dan 3 mengalami penurunan menjadi 7.03 dan 7.61. Nilai ini masih netral, karena kompos memiliki komposisi unsur hara yang bersifat asam dan basa, memiliki buffer untuk kesetimbangan pH dalam kompos. Hari ke-14, diketahui pH kolom mengalami kenaikan pada lubang 1 yaitu 7.76 dan mengalami penurunan pada lubang 2 dan 3 yaitu 7.03 dan 7.61. Keadaan ini terus berlanjut pada hari ke-21 dan ke-25. Nilai pH mengalami penurunan pada lubang 3 dan kenaikan pada lubang 1 dan 2. Kompos memiliki nilai pH yang selalu netral, kenaikan dan penurunan pH tidak terlalu fluktuatif.
58
F. PEMBAHASAN UMUM Suatu biofilter mengandung bahan penyaring berupa kompos, peat (gambut), kulit kayu, tanah, arang aktif dan sebagainya dimana mikroba terjerat (immobilisasi) di dalamnya dengan membentuk lapisan tipis (biofilm atau biolayer). Gas-gas dilewatkan melalui biofilter, target komponen gas akan larut atau terserap ke dalam lapisan biolayer ini, selanjutnya dioksidasi dan diuraikan oleh mikroba. Pada umumnya, bahan penyaring alami mengandung sejumlah nutrisi yang mencukupi untuk pertumbuhan mikroba, sehingga penambahan nutrisi dan mineral tidak diperlukan (Ottengraf, 1986; Shoda, 1991; Yani, 2003). Mekanisme biofiltrasi dapat dilihat pada Gambar 24 sedangkan mekanisme penghilangan bau secara biologis dapat dilihat pada Gambar 25. Udara terkontaminasi Fasa Gas
c
a
b
Biofilm Fasa Padatan CO2, H2O, produk oksidasi Gambar 24. Mekanisme biofiltrasi dalam kolom (Devinny et al., 1999). (a) fasa padatan, (b) Lapisan biofilm, (c) Fasa gas (masuknya gas terkontaminasi dan keluarnya produk oksidasi). Biofilter yang dioperasikan menggunakan bahan pengisi yang berbeda jenis, yaitu jenis anorganik dan organik. Biofilter anorganik memiliki kelebihan penyerapan secara fisik yang lebih selektif, luas permukaan penyerapan yang tinggi, tetapi tidak mempunyai kemampuan mengasimilasi
59
nutrien untuk pertumbuhan mikroorganisme, sedangkan bahan pengisi organik memiliki sifat fisik yang tidak lebih bagus dari bahan organik tetapi mempunyai
kemampuan
untuk
mengasimilasi
nutrien,
sehingga
mikroorganisme dapat hidup lebih lama dalam media organik ini.
Fasa Gas
Mikroorganisme
Bahan Pengisi
NH4+ NH3
disolusi desorpsi
adsorbsi
NO2- Nitrifikasi
desorpsi
NO3-
Gambar 25. Mekanisme penghilangan bau secara biologis (Weckhyusen et al., 1994). Penyerapan secara fisik saja dapat terjadi dalam biofilter tanpa menggunakan agen biologis. Hal ini seperti yang pernah dilakukan oleh Wahyuni (2005) dengan menggunakan bahan pengisi arang aktif dan polutan H2S. Secara fisik dapat menyebabkan bahan pengisi jenuh selama 11.5 jam, tetapi jika ditambahkan bakteri Thiobacillus sp. menyebabkan biofilter memiliki efisiensi 90 % dalam waktu 42 hari. Demikian halnya Prayoga (2005) yang mengoperasikan biofilter dengan bahan pengisi campuran kompos dan arang aktif dengan perbandingan 1:1 yang dialirkan polutan SO2. Diketahui penyerapan secara fisik menyebabkan biofilter jenuh selama 17 jam sedangkan dengan menggunakan agen biologis dapat memperpanjang masa jenuh menjadi 34 hari. Hal ini menunjukkan adanya peranan agen biologis dalam memperpanjang masa jenuh biofilter. Sebagai perbandingan, Tabel 7. menunjukkan kapasitas penyerapan selama biofilter dioperasikan terhadap berbagai jenis senyawa polutan.
60
Tabel 7. Kapasitas penyerapan beberapa polutan gas pada beberapa jenis bahan pengisi biofilter. Senyawa Polutan
Kapasitas penghilangan maksimum
Sumber
Butil asetat
2.41 g-senyawa/kg-gambut kering/hari
Ottenggraf, 1986
Toluen
1.58 g-senyawa/kg-gambut kering/hari
Ottenggraf, 1986
Dimetil sulfide
0.68 g-S/kg-gambut kering/hari
Cho et al., 1991
Hidrogen Sulfida
5.0 g-S/kg-gambut kering/hari
Cho et al., 1991
Hidrogen Sulfida
20.49 g-S/kg-campuran bahan
Wahyuni, 2004
kering/hari Hidrogen Sulfida
24.52 g-S/kg-batu apung kering/hari
Simangunsong, 2004
22 g-S/kg-tanah kering/hari
Kurniawan, 2005
Amoniak
1.50 g-N/kg-keramik kering/hari
Hirai et al., 1991
Amoniak
0.16 g-N/kg-gambut kering/hari
Hirai et al., 2001
Amoniak
0.29 g-N/kg-cristobalt kering/hari
Hirai et al., 2001
Amoniak
1.50 g-N/kg-obsidian formed
Hirai et al., 2001
Hidrogen
Sulfida
kering/hari Amoniak
0.30 g-N/kg-granula tanah kering/hari
Hirai et al., 2001
Amoniak
2.88 g-N/kg-campuran kering/hari
Indriasari, 2005
Pada tabel 8, dapat dilihat nilai kinetika dari beberapa jenis bahan pengisi biofilter. Tabel 8. Nilai kinetika beberapa jenis bahan pengisi biofilter. Senyawa polutan Amoniak Amoniak Amoniak
Kinetika Biofilter Sumber Vmax. Ks (ppm) 8.4 g-N/kg-dry ACF/jam 26 Yani, 1999 46.1 g-N/kg-dry peat/jam 350 Yani, 1999 16.6 g-N/kg-dry peat/jam 228 Yani, 1999
Tabel 9 menunjukkan nilai kinerja biofilter yang telah dioperasikan. Berturut-turut biofilter koral dan arang aktif yang dioperasikan memiliki kapasitas penyerapan maksimum sebesar 0.53 g-N/kg koral kering/hari dan 0.41 g-N/kg arang kering/hari. Jika dibandingkan dengan nilai kapasitas
61
penyerapan maksimum pada Tabel 9, maka biofilter kolom tanah dan kompos memiliki kapasitas penyerapan maksimum yang relatif lebih tinggi. Bahan pengisi jenis organik memiliki daya dukung yang lebih baik dibanding dengan bahan anorganik untuk diaplikasikan pada teknik biofilter. Kapasitas penyerapan bahan pengisi sangat menentukan pengambilan keputusan untuk diaplikasikan di industri, karena dengan kapasitas penyerapan yang tinggi, maka fluktuasi konsentrasi polutan dapat diserap dengan baik. Tabel 9. Nilai kinerja biofilter untuk penghilangan polutan NH3 Parameter
Koral
Arang
Tanah Kompos
aktif Kapasitas penyerapan (g-N/kg-bahan kering/hari)
0.53
0.41
1.16
0.59
Penghilangan amoniak maksimum, Vm. (g-N/kg-bahan kering/jam)
0.0015
0.0029
0.012
0.012
Konstanta jenuh, Ks. (ppm)
4.31
6.34
36.6
23.09
62
V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. KESIMPULAN Jenis bahan pengisi biofilter sangat berpengaruh terhadap kinerja biofilter. Bahan organik lebih baik daripada anorganik, karena bahan organik sudah mengandung nutrisi yang dibutuhkan bakteri untuk pertumbuhannya, memiliki buffer pH yang relatif stabil dan mengandung bakteri indigeneous yang sangat kompleks jenisnya. Secara berturut-turut kapasitas penyerapan pada biofilter koral dan arang aktif adalah 0.53 g-N/kg koral kering/hari dan 0.41 g-N/kg arang kering/hari. Sedangkan biofilter dengan bahan pengisi tanah dan kompos memiliki kapasitas penyerapan sebesar 1.16 g-N/kg-tanah kering/hari dan 0.59 g-N/kgkompos kering/hari. Dengan demikian, biofilter yang memiliki kapasitas penyerapan yang lebih tinggi adalah biofilter tanah. Analisa kinetika biofilter dilakukan pada semua kolom. Nilai ini diketahui untuk menentukan penghilangan maksimum bahan pengisi pada saat kolom biofilter akan digandakan. Nilai penghilangan amoniak maksimum, Vm, berturut-turut pada biofilter koral, arang aktif, tanah, kompos adalah 0.0015 g-N/kg-koral kering/jam, 0.0028 g-N/kg-arang kering/jam, 0.012 gN/kg-tanah kering/jam, 0.012 g-N/kg-kompos kering/jam, sedangkan nilai kejenuhan konstan, Ks, pada koral, arang aktif, tanah, kompos adalah 4.31 ppm, 6.34 ppm, 36.6 ppm, 23.09 ppm. Dengan demikian nilai Vm dan Ks tertinggi terdapat pada biofilter tanah.
B. SARAN 1. Melakukan isolasi dan identifikasi bakteri heterotrof yang berperan dalam oksidasi polutan amoniak dengan teknik biofilter 2. Pengkajian lebih lanjut aplikasi media organik (kompos dengan berbagai jenis pengomposan, campuran tanah dengan kompos), anorganik (arang
63
aktif serbuk, batu apung, mineral zeolit) dan campuran media organik dan anorganik (campuran antara tanah dengan koral) sebagai bahan pengisi biofilter pada aplikasinya mereduksi polutan NH3. 3. Pengkajian lebih lanjut tentang penggandaan skala biofilter.
64
DAFTAR PUSTAKA
Allport, H.B. 1982. Activated Carbon. Mc.Graw-Hill Book Company, New York. Anas, I. 1989. Biologi Tanah dalam Praktek. Pusat Antar Universitas-IPB, Bogor. Andrew, G.F dan K.S. Noah, 1995. Desain of Gas-Treatment Bioreactor. Journal of Biotechnology Program; 11: 498-509. AOAC. 1995. Official Methods of Analysis of The Association of Official Analytical Chemist. Washington. AOAC. 1998. Official Methods of Analysis of The Association of Official Analytical Chemist. Washington. Bear, F. E. 1917. A Correlation Between Bacterial Activity and Lime Requirements of Soils. Soil Sci., 4 (6) : 433-461. Boyd, C. E. 1990. Water Quality in Ponds for Aquaculture. Alabama Agricultural Experiment Station. Auburn University Alabama, Alabama. Buckman. 1975. Sifat dan Ciri Tanah. Terjemahan Goeswono Soepardi. Departemen Ilmu Tanah, Faperta-IPB, Bogor. Burke, L. E. Selig, dan M. Spalding (ed.). 2002. Reefs at Risk in Southeast Asia. World Resources Institut, United Nations Environment Program-World Conservation Monitoring Center, World Fish Center, dan International Coral Reef Action Network. London. Burlage, R. S., Atlas R., Stahl D., Geesey G., Sayler G., Editor. 1998. Techniques in Microbial Ecology. Oxford Univ Press. Oxford. Cho, K.S., H.W. Ryu, and N.Y. Lee. 2000. Biological Deodorization of Hydrogen Sulfide using Porous Lava as a Carrier of Thiobacillus thiooxidans. Journal of Biosci. and Bioeng. 90 (1) : 25-31. Choi, J.J., M, Hirai dan M. Shoda. 1991. Catalytic Oxidation of Hydrogen Sulphide by Air Over an Activated Carbon Fiber. J. Fermnt and Bioeng. 79 : 241-248. Chou, M. S. dan Cheng, W. H. 1997. Screening Biofiltering Material for VOC Treatment. Journal of the Air and Waste Management Association; 47: 674681. Cosico, W.C. 1985. Organic fertilizer. Their Nature Properties and Use. University of The Philipines at Los Banos.
65
Cotton, F. Albert dan Wilkinson, G. 1989. Kimia Anorganik Dasar. Terjemahan Sahati Suharto. UI-Press. Jakarta. Devinny, Joseph S., Marc A.Deshushes, Todd S. dan Webster.1999. Biofiltration for Air Pollution Control. Lewis Publisher, USA. Djatmiko, B., S. Ketaren dan S. Setyahartini.1985. Pengolahan Arang dan Kegunaannya. Agroindustri Press, Jurusan Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian-IPB. Bogor. Fogiel, M. 1978. Modern Pollution Control Technology. Research and Education Association, New York. Hadiutomo, R. S. 1985. Mikrobiologi Dasar dalam Praktek. PT Gramedia. Jakarta. Hadmadi. 1977. Memanfaatkan Tanah secara Efisien dengan Multiple Cropping. Pertanian, 24 (1) : 38. Harada, Y., K. Haga, T. Osada, dan M. Koshino. 1993. Quality of Compost Produced From Animal Wastes. Ibaraki, Jepang. Herawati, E. 2002. Penuntun Praktikum Kualitas Udara. Laboratorium TerpaduIPB. Bogor. Hirai, M., Kamamato, M., Yani, M., Shoda, M. 2001. Comparison of Biological Removal Characteristics of H2S and NH3 Using Four Kinds of Inorganik Carriers. J. Bioscin (9) : 240-248. Hopper, A.B. 1989. Biochemistry of the Nitrifying Lithoautotrophic Bacteria. In Autotrophic bacteria, schelegel, H. G. And Browien, B. (eds). Science Tech Pub. p.239-265. Indriasari, S. 2005. Penerapan Teknik Biofilter Skala Pilot pada Penghilangan Gas Penyebab Bau dari Gudang Penyimpanan Leum Industri Karet (Ribbed Smoked Sheet). Thesis. Program Pascasarjana, IPB. Bogor. Jenie, B.S.L., dan W.P. Rahayu. 2004. Penanganan Limbah Industri Pangan. Pusat Antar Universitas Pangan dan Gizi, IPB. Bogor. Ketaren, S. Dan B. Djatmiko. 1978. Daya Guna Hasil Kelapa. Departemen Teknologi Hasil Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, IPB. Bogor. Kuene, J. G. Dan L. A. Robertson. 1994. Nitrogen Removal from Wastewater. L. Alberrghina, L. Frontali dan P. Sensi. Proceedings of The 6th European Congress on Biotechnology : 235 – 240. Elsevier Science, Netherland.
66
Kurniawan, B. 2005. Kajian Penggunaan gambut, Serasah Bakau, Serasah Hutan, dan Tanah Landfill sebagai Bahan Pengisi Biofilter gas H2S. Fakultas Teknologi Pertanian, IPB. Bogor. McTavish, H., Arciero, D.M., and Hooper, A.B. 1995. Interaction with membranes of cytochrome c554 from Nitrosomonas europea., Arch.Biochem. Biophys, 234, 1, 53-58. Manik, S. P. 2004. Penghilangan Gas SO2 (Sulfur Dioksida) Dengan Teknik Biofilter Menggunakan Thiobacillus sp. dengan Media Serbuk Gergaji, Kompos dan Tanah. Fakultas Teknologi Pertanian, IPB. Bogor. Mapstone, G. M. 1990. Reefs Corals and Sponges of Indonesia : A Video-based Learning Module. Division of Marine Science. United Nations Educational Scientific and Cultural Organization. Netherlands. Marseno, D. 2005. Penghilangan Emisi Gas TRS dari proses Pulping dengan Metode Biofilter Menggunakan Arang Aktif dan Kompos. Fakultas Teknologi Pertanian, IPB. Bogor. Nybakken, J. W. 1992. Biologi Laut : Suatu Pendekatan Ekologis. PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta. Ottenggraf, S.P.P. 1986. Exhaust Gas Purification; H.J. Rehm, dan G. Reed [Eds]. Biotechnology. 8th Ed. VCH. Tokyo. 426-451. Paul, E. A. Dan F. E. Clark. 1990. Soil Microbiology and Biochemistry. Academic Press. San Diego, California. Prasetiati, A. 2004. Penghilangan Gas SO2 (Sulfur Dioksida) dengan Teknik Biofilter menggunakan Bahan Pengisi Anorganik dan Thiobacillus sp. Fakultas Teknologi Pertanian, IPB. Bogor. Prayoga, I. 2005. Penghilangan Emisi Gas SO2 dengan Teknik Biofilter Menggunakan Thiobacillus Sp. dengan Media Campuran Arang Aktif dan Kompos. Fakultas Teknologi Pertanian, IPB. Bogor. Shoda, M. 1991. Methods for the Biological Treatment of Exhaust Gases in Biological Degradation of Wastes (ed. Martin, A.M), Elsevier Science Pub Ltd. Simangunsong, D. I. S. 2005. Penghilangan Emisi Gas H2S Menggunakan Biofilter dengan Bahan Pengiai Anorganik. Fakultas Teknolgi Pertanian, IPB. Bogor.
67
SK. SNI M-49-1990-03. 1990. Metode Pengujian Kadar Nitrat dalam Air dengan Alat Spektrofotometer secara Brusin Sulfat. Departemen Pekerjaan Umum. Jakarta. Sosrosoedirdjo, R. Soeroto., dan Bacthiar Rifai TB. 1977. Ilmu Memupuk. CV Yasaguna. Jakarta. Spotte, S. 1970. Fish and Invertebrate Culture. John Willey and Sons, Inc. New York. Suharsono. 1984. A Review of Coral Ref. Survey Method Currently Use in Indonesia. UNESCO. France. _________. 1996. Jenis-jenis Karang yang Umum dijumpai di Perairan Indonesia. Puslitbang Oseanologi-LIPI. Jakarta. Suriawiria, U. 1986. Buku Materi Pokok Mikrobiologi. Universitas Terbuka. Penerbit Karunika Jakarta. Stewart, W.D.P. dan J.R. Galon. 1980. Nitrogen Fixation. Academic Press. New York. Sya`rani, L. 1982. Karang : Diterminasi Genus. Universitas Diponegoro. Semarang. Tchobanoglous, G., H. Theisen dan S. Vigil.1993. Integrated Solid Waste Management : Engineering Principles Management Issues. McGraw-Hill Inc, New York. Veron, J.E.N. 1993. Coral of Australian and The Indopasific. Angus & Robertson. Australia. Wacksman, A., S. 1957. Soil Microbiology. John Willey & Sons, Inc. USA. Wahyuni, A. 2004. Penghilangan Emisi Gas H2S Menggunakan Biofilter dengan Bahan Pengisi Kompos dan Arang aktif. Fakultas Teknologi Pertanian, IPB. Bogor. Webber, H. H., dan H. V. Thurman. 1991. Marine Biology (2nd Edition). Harper Collins Publishers. USA. Weckhuysen, B., Vriens, L., dan Verachtert., H. 1994. Biotreatment of Ammonia and Butanal-containing Waste Gases, Appl. Mikrobiol. Biotechnol, 42, 147 – 152. Wudianto, R. 1996. Membuat Stek, Cangkokan dan Okulasi. Penebar Swadaya. Jakarta.
68
Wheaton, F. W., J. N. Hocheimer., G. F. Kaiser, M. J. Kronnes. And C. C. Easter. 1994. Nitrifications and Filter Principle. Dalam M. B. Timmons and T. M. Losardo. 1994. Aquaculture Water Reserve System : Engineering and Management. Elsevier Science, Tokyo. Yani, M. 1999. Study of Ammonia Removal by Nitrifying Bacteria. PhD Thesis, Tokyo Institute of Technology, Tokyo. Deacon, J. The Microbial Wolrd : The Nitrogen Cycle and Nitrogen Fixation. http://web.reed.edu. Kandungan Merkuri, fenol dan Amoniak http://Kompas.com. [11 Mei 2004].
Tinggi
di
Pantai
Ancol.
Kegiatan Produksi di Petrokimia dihentikan. http://Kompas.com. [5 Februari 2006]. KLH Bentuk Tim Selidiki Matinya Ikan di Ancol. http://Kompas.com. [13 Mei 2004]. Lembaga Kajian Ekologi dan Konservasi Lahan Basah. 2005. Jawa Timur Kawasan Bebas dicemari. http://Terranet.com. [20 Juli 2005]. Suprihatin. Sekali Lagi Tentang Pengomposan Sampah. Kompas. [31 Agustus 2003]. Suwa, Yuichi. 1995. http://biology.kenyon.edu.
69
LAMPIRAN
70
Lampiran 1. Metode Analisis Gas NH3 (Herawati, 2002) Buat terlebih dahulu larutan Nessler dengan melarukan 160 g NaOH pada 500 ml akuades dalam labu takar 1 liter dan dinginkan. Timbang 100 g HgI2 dan 70 g KI kemudian larutkan pada gelas piala dengan sedikit akuades dan selanjutnya larutan ini ditambahkan sedikit demi sedikit ke dalam labu takar yang telah berisi larutan NaOH. Campuran yang terbentuk diencerkan sampai tanda tera. Untuk penetapannya, takar 50 ml sampel yang telah berisi NH3 dipipet pada labu takar 50 ml kemudian tambahkan dengan 1 ml larutan Nessler. Campuran yang berada di labu takar di kocok dan didiamkan selama 10 menit sebelum diukur dengan menggunakan spektrofotometer dengan panjang gelombang 400425 nm. Tentukan konsentrasi NH3 dengan menggunakan larutan NH4Cl pada konsentrasi 10 mg NH3-N/liter.
71
Lampiran 2. Metode Analisis Proksimat 1. Pengukuran pH Pengukuran pH cairan kultur dilakukan dengan menggunakan pH-meter yang telah dikalibrasi dengan menggunakan larutan buffer standar. Sampel cairan kultur langsung diukur dengan pH-meter tanpa dilakukan pengenceran terlebih dahulu.
2. Pengukuran Kadar Air (AOAC, 1995) Cawan porselen dikeringkan dalam oven pada suhu 100-105 oC selama 1 jam (sampai didapat berat konstan cawan). Dinginkan cawan dalam desikator selama 30 menit setelah itu ditimbang. Contoh yang akan ditentukan kadar airnya ditimbang sebanyak 2-5 gram. Cawan yang telah berisi contoh dimasukan dalam oven bersuhu 100-105 oC selama 5 jam sampai bobotnya konstan. Kadar air dihitung berdasarkan persamaan berikut:
% Kadar air =
B1 – B2 B
x 100%
Keterangan : B
= Bobot contoh (g)
B1
= Bobot (contoh + cawan) sebelum dikeringkan (g)
B2
= Bobot (contoh + cawan) setelah dikeringkan (g)
3. Kadar Nitrogen (AOAC, 1998) Contoh sebanyak 0.1 gram yang telah dihaluskan, dimasukkan ke dalam labu kjeldahl 30 ml. Contoh ditambahkan 2.5 ml H2SO4 pekat, 1 gram katalis dan batu didih. Contoh selanjutnya didestruksi selama 1-1.5 jam atau hingga cairan berwarna jernih. Labu beserta isinya didinginkan lalu isinya diindahkan ke dalam alat destilasi dan ditambahkan 15 ml larutan NaOH 50 %, kemudian dibilas dengan air suling. Labu kocok berisi HCl 0.02 N diletakkan di bawah kondensor,
72
sebelumnya ditambahkan ke dalamnya 2-4 tetes indikator (campuran metil merah 0.02 % dalam alkohol dan metil biru 0.02 % dalam alkohol dengan perbandingan 2 : 1). Ujung tabung kondensor harus terendam dalam labu larutan HCl kemudian dilakukan destilasi sampai sekitar 25 ml destilat dalam labu kocok. Hasil destilat dalam labu kocok selanjutnya dititrasi dengan NaOH 0.02 N sampai terjadi perubahan warna ungu menjadi hijau. Penetapan blanko dilakukan dengan cara yang sama. (ml titrasi contoh – ml ttrasi blanko) x N HCl x 14 x 100 % N = ------------------------------------------------------------------------mg sampel 4. Kadar Karbon (AOAC, 1998) Contoh kering udara sebanyak 0.25 gram dimasukan ke dalam tabung reaksi. Kemudian ditambahkan 5 ml K2Cr2O7 1 N dan 2.5 ml H2SO4 perlahan-lahan. Larutan tersebut dikocok-kocok hingga reaksi sempurna. Sebanyak 1 ml larutan di atas dimasukan ke dalam Erlenmeyer 125 ml dan ditambah 9 ml aquadest. Kemudian, dititrasi dengan Fe2SO4 0,1 N dengan indicator diphenilamin sebanyak 2 atau 3 tetes. Titrasi dihentikan jika berubah menjadi warna hijau. Kadar karbon dihitung dengan rumus sebagai berikut : (ml titrasi blanko – ml titrasi contoh) x N Fe2SO4 x 3 x 100 x 10 %C = ----------------------------------------------------------------------------------mg sampel
73
Lampiran 3. Metode Pengukuran Nitrat (SK. SNI M-49-1990-03, 1990) Kadar nitrat diukur dalam bentuk NO3-. Sampel kompos basah sebanyak 10 gram diblender sampai hancur dan dilarutkan sampai 100 ml. Sampel disaring, kemudian dipipet sebanyak 2 ml dan diencerkan kembali sampai 50 ml. Hasil pengenceran diambil sebanyak 5 atau 10 ml. Kemudian ditambahkan dengan dengan 0.5 ml Brucine 5 % dan 2.5 ml H2SO4, kemudian didinginkan. Sampel tersebut kemudian diukur dengan spektrofotoeter pada panjang gelombang 410 nm.
74
Lampiran 4. Metode Total Plate Count (TPC) untuk Sel Bakteri Heterotrof (Hadiutomo, 1985) Analisa kuantitas mikroba dengan metode cawan ini merupakan prinsip pengenceran. 1. Sediakan tabung reaksi sesuai dengan tingkat pengenceran yang dibutuhkan. Ke dalam setiap tabung reaksi tersebut dimasukkan 9 ml larutan garam fisiologis dalam kondisi steril. Pada dinding tabung reaksi dituliskan tingkat pengenceran sesuai dengan urutannya 10-1, 10-2, 10-3 dan seterusnya. 2. Secara aseptis masukkan 1 ml contoh biakan bakteri dengan menggunakan mikropipet ke dalam tabung reaksi 10-1. selanjutnya dilakukan pengenceran berseri dengan cara memipet 1 ml contoh dari tabung reaksi 10-1 dan dimasukkan ke dalam tabung reaksi 10-2 secara aseptis. Pengenceran terus dilakukan hingga tabung reaksi dengan tingkat pengenceran paling tinggi. Dalam pengenceran, sebelum pengamabilan contoh masing-masing tabung reaksi dikocok terlebih dahulu dengan menggunakan vortex sampai homogen. 3. Siapkan cawan petri sesuai dengan jumlah tabung reaksi (tingkat pengenceran). Pada masing-masing permukaan dasar cawan dituliskan tingkat pengenceran yang dimaksud. 4. Secara aseptis dengan menggunakan pipet mikro, sebanyak 1 ml contoh dari tabung reaksi yang merupakan hasil pengenceran berseri dipindahkan ke cawan sesuai dengan tingkat pengencerannya. 5. selanjutnya ke dalam masing-masing cawan dituangkan media steril yang masih dalam keadaan cair dengan suhu 40-43 oC. Penuangan media dilakukan secara septis. Cawan petri tersebut kemudian diputar-putar secara perlahan agar inokulum tercampur rata dengan media, kemudian diamkan hingga agar memadat. Setelah padat, inkubasikan cawan-cawan tersebut pada suhu 30 oC selama ±48 jam. 6. Setelah 48 jam, masing-masing cawan dihitung koloninya sesuai dengan tingkat pengencerannya. Cawan yang dipilih adalah cawan yang jumlah koloninya antara 30-300, sedangkan cawan dengan jumlah koloni kurang dari 30 dan lebih dari 300 tidak dapat digunakan.
75
Lampiran 5. Metode Most probable Number (MPN) untuk Sel Nitrosomonas sp. (Anas, 1989) Bahan yang harus disiapkan adalah media komposisi antara lain (NH4)2SO4 0.5 g, KH2PO4 0.2 g, CaCl2.2H2O 0.04 g, MgSO4.7H2O 0.04 g, Fesitrat 0.5 mg, Fenol-red (pH 6.2-8.4) 0.5 mg, aquades 900 ml. Media kemudian disterilisasi pada suhu 121oC selama 20 menit. Kemudian media didinginkan dan diukur pHnya. Jika pH kurang dari 8, ditambahkan NaOH 0.1 N beberapa tetes hingga nilai pH mencapai 8. Setelah stabil nilai pHnya, media dimasukkan ke dalam tabung ulir masing-masing 4.5 ml sampai pada pengenceran tertentu. Contoh tanah yang disiapkan, dimasukkan ke dalam tabung yang berisi media, kemudian dilakukan pengenceran berseri. Masing-masing tabung diambil 0.5 ml untuk pengenceran. Inkubasi dilakukan selama 4 minggu dengan perubahan warna dari merah menjadi kuning menandakan reaksi positif. Perubahan warna ini karena Nitrosomonas membentuk NO2 dan pada saat yang bersamaan menghasilkan ion H+ sehingga pH media turun. Penurunan pH ini yang menyebabkan terjadinya perubahan warna. Penetapan nilai MPN dilakukan dengan mengambil tiga pengenceran yang paling besar kemudian dilihat pada tabel. Misal : 2 tabung berubah warna pada ulangan 1, 3 tabung berubah warna pada ulangan 2, 1 tabung berubah warna pada ulangan 3, berarti hasilnya dinyatakan sebagai 231 dengan hasil 3.5 x pengenceran. Nilai MPN untuk tiga ulangan pada setiap pengenceran dapat dilihat hasilnya dengan Tabel berikut :
76
Hasil
MPN
Hasil
MPN
Hasil
MPN
000
0.0
201
1.4
302
6.5
001
0.3
202
2.0
310
4.5
010
0.3
210
1.5
311
7.5
011
0.6
211
2.0
312
11.5
020
0.6
212
3.0
313
16.0
100
0.4
220
2.0
320
9.5
101
0.7
221
3.0
321
15.0
102
1.1
222
3.5
322
20.0
110
0.7
223
4.0
323
30.0
111
1.1
230
3.0
330
25.0
120
1.1
231
3.5
331
45.0
121
1.5
232
4.0
332
110.0
130
1.6
300
2.5
333
140.0
200
0.9
301
4.0
77
Lampiran 6. Biofilter yang dioperasikan
78
Lampiran 7. Kurva standar NH3 ml standar 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
absorbansi 0.061 0.248 0.334 0.449 0.59 0.754 0.736 0.816 0.91 0.997
g-N 1.65E-05 2.47E-05 3.29E-05 4.12E-05 5.76E-05 6.59E-05 7.41E-05 8.24E-05
kurva standar 1.2 y = 11341x + 0.0746 R2 = 0.9939
absorbansi
1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0
0.00002
0.00004
0.00006
0.00008
0.0001
g-N
79
Lampiran 8. Data Inlet-Outlet Kolom Koral
Inlet hari ke
tanggal
suhu (o C)
Pengenceran
waktu (menit)
flow (L/menit)
volume (m3)
absorbansi
g-N dlm larutan
g-N/L
Ug NH3/m3
ppm NH3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
100905 110905 120905 130905 140905 150905 160905 170905 180905 190905 200905 210905 220905 230905 240905 250905 260905 270905 280905 290905 300905 011005
28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010
0.450 0.600 0.485 0.590 0.401 0.400 0.364 0.189 0.142 0.21 0.143 0.151 0.146 0.155 0.175 0.200 0.250 0.230 0.350 0.400 0.425 0.315
0.00017 0.00023 0.00018 0.00023 0.00014 0.00014 0.00013 0.00005 0.00003 0.00006 0.00060 0.00063 0.00061 0.00065 0.00074 0.00085 0.00107 0.00098 0.00151 0.00173 0.00184 0.00136
0.00017 0.00023 0.00018 0.00023 0.00015 0.00014 0.00013 0.00005 0.00003 0.00006 0.00060 0.00064 0.00062 0.00066 0.00075 0.00086 0.00108 0.00099 0.00153 0.00175 0.00186 0.00137
202.994 284.106 221.920 278.698 176.498 175.957 156.491 61.861 36.446 73.216 732.921 776.180 749.143 797.810 905.958 1041.144 1311.515 1203.366 1852.256 2122.627 2257.812 1662.997
0.29 0.41 0.32 0.40 0.25 0.25 0.22 0.09 0.05 0.10 1.04 1.11 1.07 1.14 1.29 1.48 1.87 1.72 2.64 3.03 3.22 2.37
80
22
021005
28
10
1
1
0.0010
0.330
0.00142
0.00144
1744.108
2.49
Lampiran 8. Lanjutan
Outlet suhu (o C) 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28
Pengenceran
waktu (menit)
flow (L/menit)
volume (m3)
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010
absorbansi
g-N dlm larutan
g-N/L
Ug NH3/m3
ppm NH3
Efisiensi
0.200 0.194 0.150 0.200 0.130 0.120 0.139 0.120 0.100 0.15 0.130 0.139 0.169 0.149 0.150 0.091 0.003 0.125 0.210
0.00006 0.00005 0.00003 0.00006 0.00002 0.00002 0.00003 0.00002 0.00001 0.00003 0.00002 0.00003 0.00004 0.00003 0.00003 0.00001 0.00000 0.00002 0.00006
0.00006 0.00005 0.00003 0.00006 0.00002 0.00002 0.00003 0.00002 0.00001 0.00003 0.00002 0.00003 0.00004 0.00003 0.00003 0.00001 0.00000 0.00002 0.00006
67.809 64.565 40.772 67.809 29.957 24.550 34.824 24.550 13.735 40.772 29.957 34.824 51.046 40.231 40.772 8.868 0.000 27.253 73.216
0.097 0.092 0.058 0.097 0.043 0.035 0.050 0.035 0.020 0.058 0.043 0.050 0.073 0.057 0.058 0.013 0.000 0.039 0.104
67 77 82 76 83 86 78 60 62 44 96 96 93 95 95 99 100 98 96
81
28 28 28 28
1 1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1
0.0010 0.0010 0.0010 0.0010
0.165 0.112 0.159 0.200
0.00004 0.00002 0.00004 0.00006
0.00004 0.00002 0.00004 0.00006
48.883 20.224 45.639 67.809
0.070 0.029 0.065 0.097
98 99 97 96
82
Lampiran 9. Data Inlet-Outlet Kolom Arang aktif
Inlet hari ke
tanggal
suhu (o C)
Pengenceran
waktu (menit)
flow (L/menit)
volume (m3)
absorbansi
g-N dlm larutan
g-N/L
Ug NH3/m3
ppm NH3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
100905 110905 120905 130905 140905 150905 160905 170905 180905 190905 200905 210905 220905 230905 240905 250905 260905 270905 280905 290905 300905 011005
28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010
0.500 0.384 0.600 0.580 0.619 0.430 0.444 0.408 0.254 0.7 0.053 0.053 0.100 0.100 0.146 0.041 0.097 0.150 0.152 0.188 0.210 0.350
0.00019 0.00014 0.00023 0.00022 0.00024 0.00016 0.00016 0.00015 0.00008 0.00028 0.00020 0.00020 0.00041 0.00041 0.00061 0.00015 0.00039 0.00063 0.00064 0.00080 0.00089 0.00151
0.00019 0.00014 0.00023 0.00023 0.00024 0.00016 0.00016 0.00015 0.00008 0.00028 0.00020 0.00020 0.00041 0.00041 0.00062 0.00015 0.00040 0.00063 0.00064 0.00080 0.00090 0.00153
230.031 167.305 284.106 273.291 294.380 192.180 199.750 180.283 97.009 338.180 246.254 246.254 500.402 500.402 749.143 181.365 484.180 770.773 781.588 976.255 1095.218 1852.256
0.328 0.239 0.405 0.390 0.420 0.274 0.285 0.257 0.138 0.482 0.351 0.351 0.713 0.713 1.068 0.259 0.690 1.099 1.114 1.392 1.561 2.641
83
22 23 24 25 26
021005 031005 041005 051005 061005
28 28 28 28 28
10 10 10 10 10
1 1 1 1 1
1 1 1 1 1
0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010
0.412 0.299 0.158 0.210 0.238
0.00178 0.00129 0.00066 0.00089 0.00102
0.00180 0.00130 0.00067 0.00090 0.00103
2187.516 1576.478 814.032 1095.218 1246.626
3.119 2.248 1.161 1.561 1.777
84
Lampiran 9. lanjutan
Outlet suhu (o C)
Pengenceran
waktu (menit)
flow (L/menit)
volume (m3)
absorbansi
g-N dlm larutan
g-N/L
Ug NH3/m3
ppm NH3
Efisiensi
28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010
0.150 0.101 0.210 0.215 0.130 0.125 0.250 0.268 0.150 0.215 0.199 0.295 0.150 0.113 0.085 0.220 0.076 0.158 0.118 0.134 0.155 0.184
0.00003 0.00001 0.00006 0.00006 0.00002 0.00002 0.00008 0.00009 0.00003 0.00006 0.00005 0.00010 0.00003 0.00002 0.00000 0.00006 0.00000 0.00004 0.00002 0.00003 0.00004 0.00005
0.00003 0.00001 0.00006 0.00006 0.00002 0.00002 0.00008 0.00009 0.00003 0.00006 0.00006 0.00010 0.00003 0.00002 0.00000 0.00006 0.00000 0.00004 0.00002 0.00003 0.00004 0.00005
40.772 14.276 73.216 75.920 29.957 27.253 94.846 104.579 40.772 75.920 67.268 119.179 40.772 20.764 5.624 78.624 0.757 45.098 23.468 32.120 43.476 59.157
0.058 0.020 0.104 0.108 0.043 0.039 0.135 0.149 0.058 0.108 0.096 0.170 0.058 0.030 0.008 0.112 0.001 0.064 0.033 0.046 0.062 0.084
82 91 74 72 90 86 53 42 58 78 73 52 92 96 99 57 100 94 97 97 96 97
85
28 28 28 28 28
1 1 1 1 1
1 1 1 1 1
1 1 1 1 1
0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010
0.162 0.192 0.200 0.250 0.373
0.00004 0.00005 0.00006 0.00008 0.00013
0.00004 0.00005 0.00006 0.00008 0.00013
47.261 63.483 67.809 94.846 161.357
0.067 0.091 0.097 0.135 0.230
98 96 92 91 87
86
Lampiran 10. Data Inlet-Outlet Kolom Tanah
Inlet hari ke 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
tanggal
suhu (o C)
100905 110905 120905 130905 140905 150905 160905 170905 180905 190905 200905 210905 220905 230905 240905 250905 260905 270905 280905 290905 300905
28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28
Pengenceran
waktu (menit)
flow (L/menit)
volume (m3)
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010
absorbansi
g-N dlm larutan
g-N/L
Ug NH3/m3
ppm NH3
0.451 0.552 0.365 0.584 0.485 0.462 0.441 0.670 0.842 0.845 0.101 0.132 0.100 0.100 0.132 0.481 0.350 0.264 0.512 0.524 0.448
0.00017 0.00021 0.00013 0.00022 0.00018 0.00017 0.00016 0.00026 0.00034 0.00034 0.00041 0.00055 0.00041 0.00041 0.00055 0.00209 0.00151 0.00113 0.00222 0.00228 0.00194
0.00017 0.00021 0.00013 0.00023 0.00018 0.00017 0.00016 0.00027 0.00034 0.00034 0.00042 0.00055 0.00041 0.00041 0.00055 0.00211 0.00153 0.00114 0.00225 0.00230 0.00196
203.535 258.150 157.031 275.454 221.920 209.483 198.128 321.958 414.965 416.587 505.810 673.440 500.402 500.402 673.440 2560.628 1852.256 1387.218 2728.258 2793.147 2382.183
0.290 0.368 0.224 0.393 0.316 0.299 0.282 0.459 0.592 0.594 0.721 0.960 0.713 0.713 0.960 3.651 2.641 1.978 3.890 3.982 3.396
87
21 22 23 24 25 26
011005 021005 031005 041005 051005 061005
28 28 28 28 28 28
10 10 50 50 50 50
1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1
0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010
0.389 0.229 0.666 0.294 0.350 0.427
0.00168 0.00098 0.01465 0.00645 0.00768 0.00938
0.00170 0.00099 0.01480 0.00651 0.00776 0.00947
2063.145 1197.959 17966.356 7908.562 9422.638 11504.494
2.941 1.708 25.615 11.275 13.434 16.402
88
Lampiran 10. lanjutan
Outlet suhu (o C)
Pengenceran
waktu (menit)
flow (L/menit)
volume (m3)
absorbansi
g-N dlm larutan
g-N/L
Ug NH3/m3
ppm NH3
Efisiensi
28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010
0.000 0.000 0.121 0.128 0.128 0.155 0.096 0.132 0.129 0.12 0.084 0.089 0.095 0.080 0.085 0.098 0.084 0.097 0.088 0.152 0.136 0.098
0.00000 0.00000 0.00002 0.00002 0.00002 0.00004 0.00001 0.00003 0.00002 0.00002 0.00000 0.00001 0.00001 0.00000 0.00000 0.00001 0.00000 0.00001 0.00001 0.00003 0.00003 0.00001
0.00000 0.00000 0.00002 0.00002 0.00002 0.00004 0.00001 0.00003 0.00002 0.00002 0.00000 0.00001 0.00001 0.00000 0.00000 0.00001 0.00000 0.00001 0.00001 0.00003 0.00003 0.00001
0.000 0.000 25.090 28.876 28.876 43.476 11.572 31.039 29.416 24.550 5.083 7.787 11.031 2.920 5.624 12.653 5.083 12.113 7.246 41.853 33.202 12.653
0.000 0.000 0.036 0.041 0.041 0.062 0.016 0.044 0.042 0.035 0.007 0.011 0.016 0.004 0.008 0.018 0.007 0.017 0.010 0.060 0.047 0.018
100 100 84 90 87 79 94 90 93 94 99 99 98 99 99 100 100 99 100 99 99 99
89
28 28 28 28 28
1 1 1 1 10
1 1 1 1 1
1 1 1 1 1
0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010
0.089 0.473 0.228 0.185 0.174
0.00001 0.00018 0.00007 0.00005 0.00073
0.00001 0.00018 0.00007 0.00005 0.00074
7.787 215.431 82.950 59.698 900.551
0.011 0.307 0.118 0.085 1.284
99 99 99 99 92
90
Lampiran 11. Data Inlet-Outlet Kolom Kompos
Inlet hari ke
tanggal
suhu (o C)
Pengenceran
waktu (menit)
flow (L/menit)
volume (m3)
absorbansi
g-N dlm larutan
g-N/L
Ug NH3/m3
ppm NH3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
100905 110905 120905 130905 140905 150905 160905 170905 180905 190905 200905 210905 220905 230905 240905 250905 260905 270905 280905 290905 300905 011005
28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010
0.268 0.348 0.600 0.550 0.360 0.450 0.265 0.288 0.800 0.684 0.226 0.292 0.204 0.250 0.210 0.236 0.160 0.225 0.236 0.258 0.265 0.450
0.00009 0.00012 0.00023 0.00021 0.00013 0.00017 0.00008 0.00009 0.00032 0.00027 0.00096 0.00125 0.00087 0.00107 0.00089 0.00101 0.00067 0.00096 0.00101 0.00110 0.00114 0.00195
0.00009 0.00012 0.00023 0.00021 0.00013 0.00017 0.00008 0.00010 0.00032 0.00027 0.00097 0.00127 0.00088 0.00108 0.00090 0.00102 0.00068 0.00097 0.00102 0.00112 0.00115 0.00197
104.579 147.839 284.106 257.069 154.328 202.994 102.957 115.394 392.254 329.528 1181.737 1538.626 1062.774 1311.515 1095.218 1235.811 824.847 1176.329 1235.811 1354.774 1392.626 2392.998
0.149 0.211 0.405 0.367 0.220 0.289 0.147 0.165 0.559 0.470 1.685 2.194 1.515 1.870 1.561 1.762 1.176 1.677 1.762 1.932 1.986 3.412
91
22 23 24 25 26
021005 031005 041005 051005 061005
28 28 28 28 28
10 50 50 50 50
1 1 1 1 1
1 1 1 1 1
0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010
0.489 0.394 0.460 0.210 0.270
0.00212 0.00865 0.01011 0.00460 0.00592
0.00214 0.00874 0.01021 0.00464 0.00598
2603.887 10612.270 12396.717 5637.447 7259.672
3.712 15.130 17.674 8.037 10.350
92
Lampiran 11. lanjutan
Outlet suhu (o C)
Pengenceran
waktu (menit)
flow (L/menit)
volume (m3)
absorbansi
g-N dlm larutan
g-N/L
Ug NH3/m3
ppm NH3
Efisiensi
28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010
0.015 0.026 0.096 0.089 0.075 0.088 0.098 0.150 0.162 0.112 0.102 0.083 0.099 0.125 0.115 0.135 0.125 0.215 0.222 0.266 0.365 0.212
0.00000 0.00000 0.00001 0.00001 0.00000 0.00001 0.00001 0.00003 0.00004 0.00002 0.00001 0.00000 0.00001 0.00002 0.00002 0.00003 0.00002 0.00006 0.00006 0.00008 0.00013 0.00006
0.00000 0.00000 0.00001 0.00001 0.00000 0.00001 0.00001 0.00003 0.00004 0.00002 0.00001 0.00000 0.00001 0.00002 0.00002 0.00003 0.00002 0.00006 0.00007 0.00009 0.00013 0.00006
0.000 0.000 11.572 7.787 0.216 7.246 12.653 40.772 47.261 20.224 14.816 4.542 13.194 27.253 21.846 32.661 27.253 75.920 79.705 103.498 157.031 74.298
0.000 0.000 0.016 0.011 0.000 0.010 0.018 0.058 0.067 0.029 0.021 0.006 0.019 0.039 0.031 0.047 0.039 0.108 0.114 0.148 0.224 0.106
100 100 96 97 100 96 88 65 88 94 99 100 99 98 98 97 97 94 94 92 89 97
93
28 28 28 28 28
1 1 1 1 1
1 1 1 1 1
1 1 1 1 1
0.0010 0.0010 0.0010 0.0010 0.0010
0.228 0.280 0.250 0.142 0.311
0.00007 0.00009 0.00008 0.00003 0.00010
0.00007 0.00009 0.00008 0.00003 0.00011
82.950 111.068 94.846 36.446 127.831
0.118 0.158 0.135 0.052 0.182
97 99 99 99 98
94
Lampiran 12. Data beban dan penyerapan kolom koral
Inlet
hari ke
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
inlet (g-N)/L udara 0.00017 0.00023 0.00018 0.00023 0.00015 0.00014 0.00013 0.00005 0.00003 0.00006 0.00060 0.00064 0.00062 0.00066 0.00075 0.00086 0.00108 0.00099 0.00153 0.00175 0.00186 0.00137
Flow rate (L/menit) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
g-N total 0.241 0.337 0.263 0.331 0.209 0.209 0.186 0.073 0.043 0.087 0.869 0.920 0.888 0.946 1.074 1.235 1.555 1.427 2.197 2.517 2.677 1.972
berat bahan (g) 3500 3477.47 3477.47 3477.47 3477.47 3477.47 3477.47 3455.97 3455.97 3455.97 3455.97 3455.97 3455.97 3455.97 3410.77 3410.77 3410.77 3361.70 3361.70 3361.70 3361.70 3317.05
berat bahan (kg) 3.477 3.477 3.477 3.477 3.477 3.477 3.456 3.456 3.456 3.456 3.456 3.456 3.456 3.411 3.411 3.411 3.362 3.362 3.362 3.362 3.317 3.317
kadar air 22.16 22.16 22.16 22.16 22.16 22.16 22.16 11.30 11.30 11.30 11.30 11.30 11.30 11.30 11.89 11.89 11.89 14.82 14.82 14.82 14.82 15.43
0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
0.22 0.22 0.22 0.22 0.22 0.22 0.22 0.11 0.11 0.11 0.11 0.11 0.11 0.11 0.12 0.12 0.12 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15
berat kering
g-N/kg bahan
akumulasi beban
2.71 2.71 2.71 2.71 2.71 2.71 2.69 3.07 3.07 3.07 3.07 3.07 3.07 3.03 3.01 3.01 2.96 2.86 2.86 2.86 2.83 2.81
0.09 0.12 0.10 0.12 0.08 0.08 0.07 0.02 0.01 0.03 0.28 0.30 0.29 0.31 0.36 0.41 0.53 0.50 0.77 0.88 0.95 0.70
0.089 0.213 0.311 0.433 0.510 0.587 0.656 0.680 0.694 0.722 1.006 1.306 1.596 1.909 2.266 2.677 3.202 3.701 4.468 5.347 6.294 6.997
95
22 23
0.00144 0.00186
1 1
2.068 0.005
3317.05 3317.05
3.317 3.317
15.43 14.44
0.01 0.01
0.15 0.14
2.81 2.84
0.74 0.00
7.735 7.736
96
Lampiran 12. Lanjutan
Outlet Outlet (g-N)/L udara 0.00006 0.00005 0.00003 0.00006 0.00002 0.00002 0.00003 0.00002 0.00001 0.00003 0.00002 0.00003 0.00004 0.00003 0.00003 0.00001 0.00000 0.00002 0.00006 0.00004 0.00002 0.00004
Flow rate (L/min) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
g-N 0.080 0.077 0.048 0.080 0.036 0.029 0.041 0.029 0.016 0.048 0.036 0.041 0.061 0.048 0.048 0.011 0.000 0.032 0.087 0.058 0.024 0.054
berat bahan (g) 3500 3477.47 3477.47 3477.47 3477.47 3477.47 3477.47 3455.97 3455.97 3455.97 3455.97 3455.97 3455.97 3455.97 3410.77 3410.77 3410.77 3361.70 3361.70 3361.70 3361.70 3317.05
berat bahan (kg) 3.477 3.477 3.477 3.477 3.477 3.477 3.456 3.456 3.456 3.456 3.456 3.456 3.456 3.411 3.411 3.411 3.362 3.362 3.362 3.362 3.317 3.317
kadar air 22.16 22.16 22.16 22.16 22.16 22.16 22.16 11.30 11.30 11.30 11.30 11.30 11.30 11.30 11.89 11.89 11.89 14.82 14.82 14.82 14.82 15.43
0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
0.22 0.22 0.22 0.22 0.22 0.22 0.22 0.11 0.11 0.11 0.11 0.11 0.11 0.11 0.12 0.12 0.12 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15
berat kering
g-N/kg bahan
2.71 2.71 2.71 2.71 2.71 2.71 2.69 3.07 3.07 3.07 3.07 3.07 3.07 3.03 3.01 3.01 2.96 2.86 2.86 2.86 2.83 2.81
0.03 0.03 0.02 0.03 0.01 0.01 0.02 0.01 0.01 0.02 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 0.00 0.00 0.01 0.03 0.02 0.01 0.02
penyerapan 0.06 0.10 0.08 0.09 0.06 0.07 0.05 0.01 0.01 0.01 0.27 0.29 0.27 0.30 0.34 0.41 0.53 0.49 0.74 0.86 0.94 0.68
0.06 0.16 0.23 0.33 0.39 0.46 0.51 0.53 0.53 0.55 0.82 1.11 1.38 1.67 2.01 2.42 2.95 3.43 4.17 5.03 5.97 6.65
97
0.00006
1
0.080
3317.05
3.317
15.43
0.01
0.15
2.81
0.03
0.71
7.36
98
Lampiran 13. Data beban dan penyerapan kolom arang aktif
Inlet
hari ke
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
inlet (g-N)/L udara 0.00019 0.00014 0.00023 0.00023 0.00024 0.00016 0.00016 0.00015 0.00008 0.00028 0.00020 0.00020 0.00041 0.00041 0.00062 0.00015 0.00040 0.00063 0.00064 0.00080 0.00090 0.00153
Flow rate (L/menit) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
g-N 0.273 0.198 0.337 0.324 0.349 0.228 0.237 0.214 0.115 0.401 0.292 0.292 0.593 0.593 0.888 0.215 0.574 0.914 0.927 1.158 1.299 2.197
berat bahan (g) 2040 2019.90 2019.90 2019.90 2019.90 2019.90 2019.90 1997.68 1997.68 1997.68 1997.68 1997.68 1997.68 1997.68 1948.97 1948.97 1948.97 1915.99 1915.99 1915.99 1915.99 1885.68
berat bahan (kg) 2.040 2.020 2.020 2.020 2.020 2.020 2.020 1.998 1.998 1.998 1.998 1.998 1.998 1.998 1.949 1.949 1.949 1.916 1.916 1.916 1.916 1.886
kadar air 38.12 38.12 38.12 38.12 38.12 38.12 38.12 24.75 24.75 24.75 24.75 24.75 24.75 24.75 27.31 27.31 27.31 26.52 26.52 26.52 26.52 31.68
0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.32
berat kering
g-N/kg bahan
1.26 1.25 1.25 1.25 1.25 1.25 1.25 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 1.42 1.42 1.42 1.41 1.41 1.41 1.41 1.29
0.22 0.16 0.27 0.26 0.28 0.18 0.19 0.14 0.08 0.27 0.19 0.19 0.39 0.39 0.63 0.15 0.41 0.65 0.66 0.82 0.92 1.71
0.216 0.375 0.644 0.904 1.183 1.365 1.555 1.697 1.774 2.040 2.235 2.429 2.824 3.218 3.845 3.997 4.403 5.052 5.710 6.532 7.455 9.160
99
22 23 24 25 26
0.00180 0.00130 0.00067 0.00090 0.00103
1 1 1 1 1
2.594 1.870 0.965 1.299 1.478
1885.68 1865.88 1865.88 1817.17 1817.17
1.886 1.866 1.866 1.817 1.817
31.68 28.74 28.74 29.97 29.97
0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
0.32 0.29 0.29 0.30 0.30
1.29 1.33 1.33 1.27 1.27
2.01 1.41 0.73 1.02 1.16
11.174 12.580 13.306 14.326 15.488
100
Lampiran 13. lanjutan
Outlet Outlet (g-N)/L udara 0.00003 0.00001 0.00006 0.00006 0.00002 0.00002 0.00008 0.00009 0.00003 0.00006 0.00006 0.00010 0.00003 0.00002 0.00000 0.00006 0.00000 0.00004 0.00002 0.00003 0.00004 0.00005
Flow rate (L/min) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
g-N 0.048 0.017 0.087 0.090 0.036 0.032 0.112 0.124 0.048 0.090 0.080 0.141 0.048 0.025 0.007 0.093 0.001 0.053 0.028 0.038 0.052 0.070
berat bahan (g) 2040 2019.90 2019.90 2019.90 2019.90 2019.90 2019.90 1997.68 1997.68 1997.68 1997.68 1997.68 1997.68 1997.68 1948.97 1948.97 1948.97 1915.99 1915.99 1915.99 1915.99 1885.68
berat bahan (kg) 2.040 2.020 2.020 2.020 2.020 2.020 2.020 1.998 1.998 1.998 1.998 1.998 1.998 1.998 1.949 1.949 1.949 1.916 1.916 1.916 1.916 1.886
kadar air 38.12 38.12 38.12 38.12 38.12 38.12 38.12 24.75 24.75 24.75 24.75 24.75 24.75 24.75 27.31 27.31 27.31 26.52 26.52 26.52 26.52 31.68
0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.32
berat kering
g-N/kg bahan
1.26 1.25 1.25 1.25 1.25 1.25 1.25 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 1.42 1.42 1.42 1.41 1.41 1.41 1.41 1.29
0.04 0.01 0.07 0.07 0.03 0.03 0.09 0.08 0.03 0.06 0.05 0.09 0.03 0.02 0.00 0.07 0.00 0.04 0.02 0.03 0.04 0.05
penyerapan 0.178 0.145 0.200 0.187 0.251 0.156 0.100 0.060 0.044 0.207 0.141 0.100 0.363 0.378 0.622 0.086 0.405 0.611 0.639 0.795 0.886 1.651
0.178 0.323 0.523 0.710 0.961 1.118 1.217 1.277 1.321 1.528 1.669 1.770 2.132 2.511 3.133 3.219 3.624 4.235 4.873 5.669 6.555 8.205
101
0.00004 0.00005 0.00006 0.00008 0.00013
1 1 1 1 1
0.056 0.075 0.080 0.112 0.191
1885.68 1865.88 1865.88 1817.17 1817.17
1.886 1.866 1.866 1.817 1.817
31.68 28.74 28.74 29.97 29.97
0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
0.32 0.29 0.29 0.30 0.30
1.29 1.33 1.33 1.27 1.27
0.04 0.06 0.06 0.09 0.15
0 10
0 10
1.970 1.349 0.666 0.932 1.011
10.175 11.525 12.190 13.122 14.134
102
Lampiran 14. Data beban dan penyerapan kolom tanah hari ke 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
Inlet inlet (g-N)/L udara 0.00017 0.00021 0.00013 0.00023 0.00018 0.00017 0.00016 0.00027 0.00034 0.00034 0.00042 0.00055 0.00041 0.00041 0.00055 0.00211 0.00153 0.00114 0.00225 0.00230 0.00196 0.00170 0.00099
Flow rate (L/menit) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
g-N 0.241 0.306 0.186 0.327 0.263 0.248 0.235 0.382 0.492 0.494 0.600 0.799 0.593 0.593 0.799 3.037 2.197 1.645 3.235 3.312 2.825 2.447 1.421
berat bahan (g) 5000 4975.74 4975.74 4975.74 4975.74 4975.74 4975.74 4958.09 4958.09 4958.09 4958.09 4958.09 4958.09 4958.09 4917.89 4917.89 4917.89 4884.27 4884.27 4884.27 4884.27 4839.90 4839.90
berat bahan (kg) 5.000 4.976 4.976 4.976 4.976 4.976 4.976 4.958 4.958 4.958 4.958 4.958 4.958 4.958 4.918 4.918 4.918 4.884 4.884 4.884 4.884 4.840 4.840
kadar air 33.77 33.77 33.77 33.77 33.77 33.77 33.77 38.94 38.94 38.94 38.94 38.94 38.94 38.94 41.14 41.14 41.14 42.93 42.93 42.93 42.93 39.74 39.74
0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.39 0.39 0.39 0.39 0.39 0.39 0.39 0.41 0.41 0.41 0.43 0.43 0.43 0.43 0.40 0.40
berat kering
g-N/kg bahan
3.31 3.30 3.30 3.30 3.30 3.30 3.30 3.03 3.03 3.03 3.03 3.03 3.03 3.03 2.89 2.89 2.89 2.79 2.79 2.79 2.79 2.92 2.92
0.07 0.09 0.06 0.10 0.08 0.08 0.07 0.13 0.16 0.16 0.20 0.26 0.20 0.20 0.28 1.05 0.76 0.59 1.16 1.19 1.01 0.84 0.49
0.073 0.166 0.222 0.321 0.401 0.477 0.548 0.674 0.837 1.000 1.198 1.462 1.658 1.854 2.130 3.179 3.938 4.528 5.688 6.877 7.890 8.729 9.216
103
23 24 25 26
0.01480 0.00651 0.00776 0.00947
1 1 1 1
21.306 9.379 11.174 13.643
4816.32 4816.32 4776.13 4776.13
4.816 4.816 4.776 4.776
39.74 39.74 38.13 38.13
0.01 0.01 0.01 0.01
0.40 0.40 0.38 0.38
2.90 2.90 2.95 2.95
7.34 3.23 3.78 4.62
16.557 19.789 23.570 28.187
104
Lampiran 14. lanjutan
Outlet Outlet (g-N)/L udara 0.00000 0.00000 0.00002 0.00002 0.00002 0.00004 0.00001 0.00003 0.00002 0.00002 0.00000 0.00001 0.00001 0.00000 0.00000 0.00001 0.00000 0.00001 0.00001 0.00003 0.00003 0.00001
Flow rate (L/min) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
g-N 0.000 0.000 0.030 0.034 0.034 0.052 0.014 0.037 0.035 0.029 0.006 0.009 0.013 0.003 0.007 0.015 0.006 0.014 0.009 0.050 0.039 0.015
berat bahan (g) 5000 4975.74 4975.74 4975.74 4975.74 4975.74 4975.74 4958.09 4958.09 4958.09 4958.09 4958.09 4958.09 4958.09 4917.89 4917.89 4917.89 4884.27 4884.27 4884.27 4884.27 4839.90
berat bahan (kg) 5.000 4.976 4.976 4.976 4.976 4.976 4.976 4.958 4.958 4.958 4.958 4.958 4.958 4.958 4.918 4.918 4.918 4.884 4.884 4.884 4.884 4.840
kadar air 33.77 33.77 33.77 33.77 33.77 33.77 33.77 38.94 38.94 38.94 38.94 38.94 38.94 38.94 41.14 41.14 41.14 42.93 42.93 42.93 42.93 39.74
0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.34 0.39 0.39 0.39 0.39 0.39 0.39 0.39 0.41 0.41 0.41 0.43 0.43 0.43 0.43 0.40
berat kering
g-N/kg bahan
3.31 3.30 3.30 3.30 3.30 3.30 3.30 3.03 3.03 3.03 3.03 3.03 3.03 3.03 2.89 2.89 2.89 2.79 2.79 2.79 2.79 2.92
0.00 0.00 0.01 0.01 0.01 0.02 0.00 0.01 0.01 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.00 0.01 0.00 0.02 0.01 0.01
penyerapan 0.073 0.093 0.047 0.089 0.069 0.060 0.067 0.114 0.151 0.154 0.196 0.261 0.192 0.195 0.274 1.044 0.757 0.585 1.158 1.170 0.999 0.834
0.073 0.166 0.213 0.302 0.371 0.431 0.498 0.612 0.763 0.917 1.113 1.374 1.565 1.760 2.034 3.078 3.835 4.420 5.577 6.748 7.747 8.581
105
0.00001 0.00018 0.00007 0.00005 0.00074
1 1 1 1 1
0.009 0.255 0.098 0.071 1.068
4839.90 4816.32 4816.32 4776.13 4776.13
4.840 4.816 4.816 4.776 4.776
39.74 39.74 39.74 38.13 38.13
0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
0.40 0.40 0.40 0.38 0.38
2.92 2.90 2.90 2.95 2.95
0.00 0.09 0.03 0.02 0.36
0.484 7.253 3.198 3.757 4.256
9.065 16.318 19.515 23.273 27.528
106
Lampiran 15. Data beban dan penyerapan kolom kompos
Inlet
hari ke
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
inlet (g-N)/L udara 0.00009 0.00012 0.00023 0.00021 0.00013 0.00017 0.00008 0.00010 0.00032 0.00027 0.00097 0.00127 0.00088 0.00108 0.00090 0.00102 0.00068 0.00097 0.00102 0.00112 0.00115 0.00197
Flow rate (L/menit) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
g-N 0.124 0.175 0.337 0.305 0.183 0.241 0.122 0.137 0.465 0.391 1.401 1.825 1.260 1.555 1.299 1.466 0.978 1.395 1.466 1.607 1.651 2.838
berat bahan (g) 5000 4975.74 4975.74 4975.74 4975.74 4975.74 4975.74 4958.09 4958.09 4958.09 4958.09 4958.09 4958.09 4958.09 4917.89 4917.89 4917.89 4884.27 4884.27 4884.27 4884.27 4839.90
berat bahan (kg) 5.000 4.976 4.976 4.976 4.976 4.976 4.976 4.958 4.958 4.958 4.958 4.958 4.958 4.958 4.918 4.918 4.918 4.884 4.884 4.884 4.884 4.840
kadar air 38.80 38.80 38.80 38.80 38.80 38.80 38.80 37.99 37.99 37.99 37.99 37.99 37.99 37.99 35.37 35.37 35.37 37.13 37.13 37.13 37.13 42.13
0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
0.39 0.39 0.39 0.39 0.39 0.39 0.39 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 0.35 0.35 0.35 0.37 0.37 0.37 0.37 0.42
berat kering
g-N/kg bahan
3.06 3.05 3.05 3.05 3.05 3.05 3.05 3.07 3.07 3.07 3.07 3.07 3.07 3.07 3.18 3.18 3.18 3.07 3.07 3.07 3.07 2.80
0.04 0.06 0.11 0.10 0.06 0.08 0.04 0.04 0.15 0.13 0.46 0.59 0.41 0.51 0.41 0.46 0.31 0.45 0.48 0.52 0.54 1.01
0.041 0.098 0.209 0.309 0.369 0.448 0.488 0.533 0.684 0.811 1.267 1.860 2.270 2.776 3.185 3.646 3.954 4.408 4.885 5.409 5.946 6.960
107
22 23 24 25 26
0.00214 0.00874 0.01021 0.00464 0.00598
1 1 1 1 1
3.088 12.585 14.701 6.685 8.609
4839.90 4816.32 4816.32 4776.13 4776.13
4.840 4.816 4.816 4.776 4.776
42.13 40.40 40.40 39.96 39.96
0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
0.42 0.40 0.40 0.40 0.40
2.80 2.87 2.87 2.87 2.87
1.10 4.38 5.12 2.33 3.00
8.062 12.446 17.567 19.899 22.901
108
Lampiran 15. lanjutan
Outlet Outlet (g-N)/L udara 0.00000 0.00000 0.00001 0.00001 0.00000 0.00001 0.00001 0.00003 0.00004 0.00002 0.00001 0.00000 0.00001 0.00002 0.00002 0.00003 0.00002 0.00006 0.00007 0.00009 0.00013 0.00006
Flow rate (L/min) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
g-N 0.000 0.000 0.014 0.009 0.000 0.009 0.015 0.048 0.056 0.024 0.018 0.005 0.016 0.032 0.026 0.039 0.032 0.090 0.095 0.123 0.186 0.088
berat bahan (g) 5000 4975.74 4975.74 4975.74 4975.74 4975.74 4975.74 4958.09 4958.09 4958.09 4958.09 4958.09 4958.09 4958.09 4917.89 4917.89 4917.89 4884.27 4884.27 4884.27 4884.27 4839.90
berat bahan (kg) 5.000 4.976 4.976 4.976 4.976 4.976 4.976 4.958 4.958 4.958 4.958 4.958 4.958 4.958 4.918 4.918 4.918 4.884 4.884 4.884 4.884 4.840
kadar air 38.80 38.80 38.80 38.80 38.80 38.80 38.80 37.99 37.99 37.99 37.99 37.99 37.99 37.99 35.37 35.37 35.37 37.13 37.13 37.13 37.13 42.13
0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
0.39 0.39 0.39 0.39 0.39 0.39 0.39 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 0.35 0.35 0.35 0.37 0.37 0.37 0.37 0.42
berat kering
g-N/kg bahan
3.06 3.05 3.05 3.05 3.05 3.05 3.05 3.07 3.07 3.07 3.07 3.07 3.07 3.07 3.18 3.18 3.18 3.07 3.07 3.07 3.07 2.80
0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02 0.02 0.01 0.01 0.00 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.03 0.03 0.04 0.06 0.03
penyerapan 0.041 0.058 0.106 0.097 0.060 0.076 0.035 0.029 0.133 0.119 0.450 0.592 0.405 0.495 0.401 0.449 0.298 0.425 0.446 0.483 0.477 0.982
0.041 0.098 0.204 0.301 0.361 0.438 0.473 0.502 0.635 0.754 1.204 1.796 2.201 2.696 3.097 3.545 3.843 4.268 4.715 5.198 5.675 6.657
109
0.00007 0.00009 0.00008 0.00003 0.00011
1 1 1 1 1
0.098 0.132 0.112 0.043 0.152
4839.90 4816.32 4816.32 4776.13 4776.13
4.840 4.816 4.816 4.776 4.776
42.13 40.40 40.40 39.96 39.96
0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
0.42 0.40 0.40 0.40 0.40
2.80 2.87 2.87 2.87 2.87
0.04 0.05 0.04 0.02 0.05
1.067 4.338 5.082 2.316 2.950
7.724 12.062 17.144 19.460 22.410
110
