Daftar Isi MANAJEMEN DAN TEKNOLOGI PROSES YANG TEPAT GUNA UNTUK MENGATASI POLUS I NITRAT DI LlNGKUNGAN TANAH DAN AIR DALAM RANGKA PEMBANGUNAN BERKELANJUTAN Hanies Ambarsari Balai Teknologi Lingkungan-BPP.
Teknologi, Serpong
ABSTRAK MANAJEMEN DAN TEKNOLOGI PROSES YANG TEPAT GUNA UNTUK MENGATASI POLUS I NITRAT DI LlNGKUNGAN TANAH DAN AIR DALAM RANGKA PEMBANGUNAN BERKELANJUTAN. Berbagai aktifitas manusia diketahui telah meningkatkan kandungan nitrat dan berbagai senyawa yang terkait di baberapa tempat di tanah dan air. Efek dari peningkatan level nitrat tersebut bisa menguntungkan, tapi bisa juta merugikan. Beberapa dampak kesehatan dan lingkungan yang nyata dan potensial dari peningkatan kandungan senyawa nitrogen (N) itu telah diketahui keberadaanny. Siklus N tanah terutama mempengaruhi te~adinya kelebihan kandungan nitrat di air minum, eutrofikasi, dan kemungkinan te~adi penipisan lapisan ozone di stratosler. Sumber pencemaran N di sumur dangkal diduga tidak berasal dari tanah, tapi berasal darl sistem pembuangan limbah domestik (septic-tank) dan dari fasilitas produksi petemakan. Kontribusi pupuk N terhadap kandungan nitrat di sung ai, danau dan badan-badan air lainnya juga signifikan. Di lain pihak, kebutuhan pangan dunia semakin tinggi sehingga industri pertanian dan petemakan semakin ditingkatkan, di mana akan te~adi juga peningkatan pemakaian pupuk N dan temak yang bisa meningkatkan pula kandungan N, terutama nitrat, yang mencemari lingkungan. Praktek manajemen yang lebih baik sang at diharapkan untuk memaksimumkan produksi pertanian tapi di waktu yang sama juga meminimumkan effect kesehatan dan polusi di lingkungan. Dengan teknik manajemen (pengelolaan) dan teknologi proses pengurangan nitrat (denitrifikasi), kandungan nitrat di air dan tanah yang disebabkan oleh pemakaian pupuk N di pertanian itu bisa dikontrol pad a level yang tidak berbahaya. Tulisan ini akan membahas tentang berbagai sumbar pencemaran nitrnt, dampak kesehatan dan ekologis yang ditimbulkan oleh kandungan nitrat yang berlebihan di lingkungan, serta manajemen dan teknologi proses yang mungkin bisa diterapkan untuk mengatasi polusi nitrat di lingkungan air dan tanah.
ABSTRACT MANAGEMENT AND APPROPRIATE PROCESS TECHNOLOGY TO SOLVE THE NITRATE POLLUnON IN LAND AND WA TER ENVIRONMENT FOR THE SUSTAINABLE DEVELOPMENT. Human aclivities have been known to increase the amounts of nitrate and other related compounds in some compartments of the environment. The effects of such elevated lovels of nitrate can be both beneficial and adverse. Several real and potential health and environmental impacts of N are known to exist. The soil N cycle affects primarily those that involve excess nitrate in drinking water, eutrophication, and possibly ozone depletion of the stratosphere. Where high nitrate levels are observed in shallow wells, a source other than soil is also suspected, such as an animal production facility or domestic waste disposal system. The contribution of fertilizer N to the nitrate in lakes and storage reservoirs can be significant as well. On the other hand, the wortdwide demand for food and fiber will require continued use of fixed N in agriculture, much of which will need to come from fertilizer. Better management practices are desired in order to maximize production of crops white at the same time minimizing adverse health effects and pollution of the environment. By proper management techniques, increasing nitrate concentration in water and soil due to the application of fertilizer N can be kept at acceptable levels. This paper will review the sources of nitrate pollution, the health and ecological impacts of the excessive nitrate in the environment, as well as the possible management or strlJtegies and process tcchrwlogy to remove such high nitrate concentration from water and soil environment.
PENDAHULUAN Aktifitas manusia secara langsung atau tidak langsung ikut berperan manimbulkan berbagai polusi senyawa nitrogen. Konsentrasi senyawa nitrogen yang meningkat di udara, air dan bahkan tanah dapat berakibat pad a berbagai macam masalah lingkungan, beberapa di antaranya mempunyai konsekuensi yang mengkhawatirkan. Kita tidak bisa lebih lama lagi menunggu sampai permasalahan lingkungan tersebut selesai dihitung semuanya secara akurat, tapi harus mulai meningkatkan sistem yang sudah ada dan mendisain proses baru untuk mengkontrol, bahkan ur'ltuk mencegah polusi lebih lanjut.
Air limbah domestik dan industri yang mengandung bahan-bahan organic biasanya juga mengandung konsentrasi nitrogen yang signifikan, Tergantung pada sumber air limbah, waktu perjalanan, dan apakah kondisinya aerobik atau anaerobic, nitrogen tersebut akan terdistribusi rnenjadi bentukbentuk organik, ammonia, nitrit, dan nitrat di dalam fasilitas pengolahan limbah yang ada. Kontaminasi badan-badan air oleh senyawa nitrogen bisa disebabkan oleh deposisi atmosfer dan, yang lebih penting, oleh ceceran dari daerah pertanian dan perembesan nitrat dan nitrit dari tanah. Kondisi seperti ini akan menimbulkan dua masalah lingkungan yang besar, yaitu eutrofikasi dan polusi air tanah. Masalah
61
kedua menjadi perhatian khusus karena air tanah berfungsi sebagai satu sumber utama air minum bagi mahkluk hidup. Nitrat (N03-) adalah ion yang terjadi secara alamiah sebagai bagian dari siklus nitrogen di alam. Level nitrat yang terjadi secara alamiah biasanya hanya beberapa milligrams per liter (ppm). Namun dalam dekade terakhir ini, pening~atan level nitrat te~adi di banyak air tanah sebagai akibat dari program intensifikasi pertanian sehingga konsentrasinya bisa mencapai beberapa ratus ppm. Di beberapa negara, sudah hampir sekitar 10% penduduknya terekspose kepada nitrat di dalam air minum pada level di atas 50 mg/L (ppm) nitrar391. Biasanya sayuran menjadi sumber utama dari pemasukan nitrat ke makhluk hidup jika leve/nya di dalam air minum masih di bawah 10 ppm, tapi jika level nitrat di dalam air minum sudah melebihi 50 ppm, maka air minumlah yang menjadi sumber utama dari pemasukan nitrat ke tubuh. Nitrat bisa menyebabkan penyakit methemoglobinemia ("blue babies" syndrome) pad a bayi-bayi dan sebagian segmen populasi dewasa (misalnya suku Indian Navajo, Inuits, dan mereka yang mempunyai defisiensi genetika terhadap enzim glucose-6-phospate dehydrogenase atau methemoglobin reductase). Selain itu, nitrat juga bisa menyebabkan pembentukan senyawa karsinogenik, yaitu senyawa N-
dipraktikkan untuk mengkontrol level nitrat di lingkungan. SUMBER PENYEBAB POLUSI NITRA T Nitrogen adalah unsur yang penting bagi semua organisme. Tumbuhan, secara langsung atau tidak, merupakan sumber utama nitrogen untuk hewan dan manusia. Sebaliknya, sumber alami nitrogen untuk tumbuhan terutama dari buangan hewan, sisa hewan dan tumbuhan, dan sebagian dari nitrogen atmosfer. Namun dalam konsentrasi yang berlebihan, senyawa nitrogen inorganik tersebut, khususnya nitrat, dapat menjadi bahan pencemar utama terhadap lingkungan. Nitrat terdapat dalam konsentrasi yang besar di tanah, di hampir semua badan air, dan di dalam tumbuhan, termasuk sayursayuran(371.Nitrat adalah produk dari proses oksidasi dari nitrogen organik oleh bakteri yang terdapat di tanah dan air bila oksigen cukup tersedia (prosesnya disebut nitrifikasi). Salah satu penggunaan nitrat yang utama adalah sebagai pupuk untuk pertanian, hampir semua pupuk yang mengandung nitrogen akan dikonversi menjadi nitrat di dalam tanah. Nitrat juga digunakan sebagai bahan peledak, agen pengoksidasi oleh industri bahan kimial dan sebagai bahan pengawet makanan[3~). Sebagian nitrat di lingkungan diproduksi di dalam tanah melalui proses fiksasi terhadap nitrogen atmosfer oleh sintesis bakteri. Sebagian lagi terbentuk jika nitrogen oksida, yang terproduksi oleh reaksi kilat di atmosfer atau olsh pekerjaan manusia, tersiram air hujan. Nitrat juga bisa terbentuk di dalam tanah sebagai hasil dari dekomposisi materi organik (baik tumbuhan atau hewan) oleh bakteri. Karena nitrat terdapat meluas di lingkungan, maka konsentrasi nitrat bisa ditomukgn di hompir semUQ mpkQnon, di atmosfer, dan di banyak sumber air. Penggunaan pupuk, sisa tumbuhan dan hewan yang membusuk, limbah domestik, buangan lumpur septic tank ke tanah, buangan industri, rembesan dari tempat pembuangan sampah, dan reaksi di atmosfer semuanya berkontribusi terhadap keberadaan ion nitrat di sumber-sumber air. Perubahan dalam penggunaan lahan juga bisa meningkatkan level nitrat, yang tergantung pada situasinya akan mengkontaminasi mata air, sungai, danau, dan air tanah, khususnya sumur-sumur penduduk[38J. Kontaminasi bisa terjadi akibat
nitroso yang diduga sebagai penyebab kanker peruf4,5J• Karena berbagai efek berbahaya dari kontaminasinitrat di air dan tanah tersebut, maka teknologi proses dan perubahan praktek manajemen untuk mengurangi konsentrasi nitrat yang memasuki air dan tanah telah mendapat prioritas tinggi dalam kebijakan pemerintah mengenai kualitas air dan tanah di berbagai negaral35J.Di Amerika Serikat .andin tolah dltGtapkQn bohwa konsentrasi nitrat yang terkandung di dalam air minum tidak boleh lebih dari 45 ppm nitrat, sedangkan standar internasional yang ditetapkan WHO adalah 40 ppm nitrar28J. Tujuan dari penulisan makalah ini adalah untuk membahas tentang sumber-sumber polusi nitrat di lingkungan air dan tanah, berbagai dampak polusi nitrat terhadap kesehatan, ekologi dan industri, serta berbagai teknologi proses yang bisa diterapkan untuk mengurangi konsentrasi nitrat, sekaligus juga beberapa pilihan strategi atau manajemen yang mung kin bisa
62
permukaan tanah[2"]. Sebagian besar dari Nammonium yang tersisa akan melalui proses nitrifikasi menjadi nitrat dan, jika tidak diserap oleh tumbuhan sekitarnya, maka sangat rentan untuk hilang dengan perembesan atau melalui proses denitrifikasi. Waktu pemakaian menjadi salah satu factor penting yang mempengaruhi perembesan nitrat dari kotoran ternak tersebut. Sebagai contoh, dalam satu studi diketahui bahwa jika kotoran sapi dipakai sebagai pupuk dengan konsentrasi antara 150 - 250 kg total N per hektar pada rumput di atas tanah berkapur, dengan selang waktu per bulan antara bulan September sampai Januari, proporsi N yang merembes meningkat dari 17% untuk pemakaian bulan September menjadi 43% untuk pemakaian bulan November, tapi turun lagi menjadi 10% atau kurang untuk pemakaian bulan Desember dan Januari[11). Ada beberapa faktor yang bisa menghambat konsentrasi nitrat yang merembes dari pemakaian kotoran ternak pada tanah pertanian, antara lain terjadinya penguapan ammonia dan denitrifikasi, selain juga lambatnya proses mineralisasi N organic. Jika kotoran ternak itu diinjeksikan ke dalam tanah, bukan disebarkan di permukaan tanah, maka nitrat yang merembes bisa meningkat, khususnya bila kotoran ternak itu diinjeksikan di luar musim tanam(27). Hal ini karena jumlah penguapan ammonia akan berkurang dengan diinjeksi dan lebih banyak N terlarut yang tertinggal di tanah. Akan tetapi, jlka pemakaian kotoran ternak dilakukan pada waktu musim tanam, maka jumlah N yang merembes akan lebih kecil bila diinjeksikan daripada disebarkan di
pembuangan secara langsung atau tidak langsung, atau bisa juga karena perembesan selama beberapa tahun. Kontaminasi nitrat juga diperparah oleh aktifitas manusia. Intensifikasi pertanian (misalnya dengan penggunaan pupuk buatan dan pupuk kandang secara berlebihan), bersama dengan limbah domestik dan industri, telah diidentifikasi sebagai. sumber utama terdapatnya konsentrasi nitrat di air dan tanah[121. Sedangkan pola pertanian dan struktur hidrologis dari akuifer adalah faktorfaktor tambahan yang juga menentukan level kontaminasi nitrat tersebut.
1. Penggunaan Pupuk dalam Program Intensifikasi Pertanian Konsentrasi nitrat di dalam tanah bisa ditimbulkan dari aplikasi langsung sebagai pupuk atau dari proses nitrifikasi (proses oksidasi dari ammonia menjadi nitrat atau nitrit). Ion nitrat akan dengan mudah merembes (leaching) melalui pori-pori tanah karena sifatnya yang bermuatan negatif sehingga tidak bisa diserap oleh tanah liat atau koloid organic yang juga bermuatan negatif. Dari berbagai bentuk N tanah, hanya ion nitrat yang paling besar merembes ke pori-pori tanah, walaupun sebagian ion ammonium (NH" +) bisa merembes juga jika konsentrasinya sedang tinggi (misalnya di daerah buang air kecil/urine) dan sebagian urea bisa merembes dalam kondisi dingin (suhu <5°C) pad a waktu konversinya menjadi ammonium lamba~36I. Proporsi rembesan nitrat yang berasal dari pupuk akan meningkat sesuai dengan meningkatnya pemakaian pupuk nitrogen. Sebagai contoh, dalam suatu studi terhadap pertumbuhan rumput yang tumbuh pada tanah berpasir, proporsi rembesan nitrat diketahui sebesar 9% dengan pemakaian pupuk sebanyak 250 kg N per hektar per tahun, 39% dengan 500 kg N per hektar per tahun, dan 75% dengan 900 kg N per hektar per tahun[21.
2. Pemakaian Kotoran Ternak dan Lumpur Limbah Domestik dalam Pertanian Biasanya sekitar setengah dari N di dalam kotoran hewan ternak (sa pi, kuda, babi, dll) terdapat sebagai ion ammonium dan setengahnya lagi sebagai N organik[36I. Jika kotoran ternak itu dipakai sebagai pupuk ke tanah, ada sebagaian N yang hilang melalui proses penguapan dari ammonia dan sebagaian lagi hilang melalui tumpahan di
63
permukaan, akibat pen~erapan N yang lebih besar oleh tanamannya 61. Pemakaian lumpur limbah domestik untuk pupuk pertanian juga bisa meningkatkan jumlah nitrat yang merembes ke dalam tanah sepertl yang dllaporkan dalam satu studi di BelandaIB), tetapi konsentrasinya sangat dipengaruhi oleh proses pengolahan, jika ada, yang diterapkan sebelumnya terhadap lumpur fimbah tersebut. Lumpur limbah yang sudah dihilangkan airnya (de-watered sludge cake), akan meng-immobilisasi nitrat untuk sementara sehingga bisa meminimisasi perembesan[25J•
3. Limbah Industri Industri yaitu,sedapat
berubah arah sedang mung kin, menggunakan
senyawa-senyawa organonitrogen karena sifat toksisitas dan persistensi dari senyawasenyawa organic halogen di alam, khususnya senyawa-senyawa kloroaromatik. Sejumlah besar senyawa-senyawa nitroaromatik telah digunakan oleh industri pestis ida, bahan peledak, pupuk, dll!211.Oleh karena itu tidak bisa dihindari lagi adanya senyawa-senyawa kelas baru, tujuh di antaranY<;1telah didaftar oleh Badan Perlindungan Lingkungan Amerika Serikat (US EPA) sebagai bahanbahan organik penyebab polusi prioritas ('organic priority pollutants), sudah banyak dibuang ke lingkungan. Seperti misalnya, pabrik pupuk dan bahan peledak diketahui memproduksi buangan air limbah bervolume besar yang mengandung sedikitnya 1000 ppm nitrat _ N(20]. Teknik baru dalam industri fotografi menghasilkan limbah buangan yang kompleks. Kandungan perak dan cadmium dapat direcover secara komersial, tetapi air limbah' yang dibuang dapat mengandung sampai 150 g/L (ppt) ammonium thiosulfat,
senyawa N yang ditambahkan, misalnya dalam pemakaian pupuk N untuk meningkatkan produksi pertanian. Sebaliknya, jika air tanah yang kaya nitrat itu mengairi badan-badan air di permukaan, maka akan berakibat pad a peningkatan laju produktivitas biologis. Pengayaan yang berlebihan atau eutrofikasi dari badan-badan air oleh nutrien seperti nitrat ini akan mengakibatkan kualitas air berubah menjadi tidak diinginkan. Pertumbuhan yang berlebihan dari ganggang (alga) dan berbagai makrofita air dapat secara signifikan mengurangi kualitas air sebagai sumber air baku terhadap kebutuhan domestik dan industri. Ganggang, contohnya, dapat menyebabkan peningkatan kekeruhan air sehingga perlu dilakukan pengolahan khusus sebelum air tersebut bisa dipakai. Keberadaan 9anggang juga meningkatkan kadar klorin yang diperlukan untuk membersihkan air karena klorin bisa bereaksi dengan sisa dari organisme tersebut dan membentuk senyawa organoklorin dan produk-produk oksidasi lainnya. Bahkan dipastikan bahwa keberadaan gan9gang dan organisme-organisme lainnya di suatu badan air dapat melindungi organisme patogenik sehingga tidak bisa dibersihkan oleh klorin!1]. Mungkin efek yang paling signifikan dari eutrofikasi badan air adalah frekuensi yang meningkat dari masalah rasa dan bau. Bau akan timbul baik dari ekskresi langsung berbagai senyawa organic dari ganggang hid up, atau dari pertumbuhan jamur di atas sisa-sisa ganggang yang mati. Pelepasan senyawa-senyawa organic dari organisme air juga bisa mengubah kejernihan dan wama alami dari air tersebut. Eutrofikasi lebih jauh dapat juga mengurangi kualitas estetika dari fungsi badan air sebagai tempat rekreasi. Beberapa tumbuhan memang sangat indah dipandang mata, tetapi pertumbuhBn yang berlebihan dan terlalu tebal akan bisa menghalangi kegiatan renang, berperahu atau memancing ikan. Eutrofikasi juga bisa menyebabkan perubahan jenis ikan yang berada di dalam suatu badan air seperti hilangnya jenis ikan air dingin seperti salmon atau trout, dan adanya dominansi jenis ikan air hangat. Biaya perawatan perahu dan dok juga meningkat seiring dengan meningkatnya fouling pada peralatan terse but. Ledakan ganggang tersebut juga bisa menimbulkan masalah pada kesehatan masyarakat seperti infeksi mata, hidung, dan teng90rokan.
10dan - 201 -ppt senyawa 50 P.~t juga sulfida, 3 ppt sianida aromatik, dan tiosianat.12 J. Kandungan senyawa-senyawa terse but dalam air limbah buangan industri fotografi menyebabkan proses denitrifikasi tidak be~alan sempuma karena adanya sianida yang bersifat menghambat respirasi bakteri pendenitrifikasi melalui cytochrome d29]. DAMPAK DARI POLUSI NITRAT TERHADAP EKOLOGI DAN KESEHA TAN Dampak dari kelebihan konsentrasi nitrat di lingkungan bisa menguntungkan tapi juga bisa merugikan, yang seringkali antara keduanya saling bertentangan. Berbagai dampak yang akan dibahas adalah dampak nitrat sebagai nutrien terhadap ekologi, terhadap kesehatan dan bagi dunia industri. 1.
Nitrat sebagai Nutrien Peningkatan dari input nitrat ke dalam ekosistem dapat meningkatkan produktivitas biologis, baik sebagai akibat pemakaian yang disengaja seperti pemakaian pupuk untuk meningkatkan produksi pertanian, atau sebagai akibat yang tidak disengaja karena adanya tumpahan nitrat yang berlebihan ke dalam badan-badan air seperti sungai, danau, dan sebagainya. Efek yang paling luas dan bisa langsung dilihat dari peningkatan input N ke dalam ekosistem adalah produksi primer yang meningkat karena tumbuhan merespon
64
2.
Nitrat dan Kesehatan
hubungannya dengan kanker perut. Juga telah diketahui bahwa senyawa-senyawa nitroso - N memproduksi malformasi dari syaraf pusat dan musculoskeletal system pada bayi baru lahir yang ibunya telah
Walaupun nitrat relatif tidak bersifat racun temadap manusia dan hewan, penyerapan nitrat ke dalam tubuh makhluk hidup telah dihubungkan dengan beberapa efek kesehatan yang serius karena reaksi dari turunan senyawanya, yaitu nitrit dan nitroso - N yang karsinogenik. Keracunan nitrat pada manusia adplah peristiwa yang langka, sebagian besar keracunan akut dari nitrat adalah tergantung pada proses reduksinya menjadi nitrit. Oosis yang mematikan dari nitrat untuk seorang manusia dewasa dengan berat badan 65 kg berkisar pada 18 - 68 mg per kg berat badan[1J• Oi dalam tubuh manusia, nitrat dapat direduksi menjadi nitrit terutama di dalam air liur oleh bakteri di dalam rongga mulut. Proses reduksi sebagian juga dilaksanakan oleh mikroflora di dalam perut dan usus yang bisa menyebabkan konsentrasi nitrat di dalam perut yang sangat tinggi. Keracunan nitrat yang akut dapat mengakibatkan suatu penyakit yang disebut Methemoglobinemia, di mana hemoglobin tidak mampu lagi mengangkut oksigen di dalam darah. Kontribusi air terhadap masuknya nitrat ke dalam tubuh akan lebih besar di daerah beriklim tropis daripada di daerah beriklim lainnya karena penduduk di daerah tropis biasanya meminum air lima kali lebih banyak daripada penduduk di daerah beriklim subtropics atau dingin. Bayi-bayi yang diberi susu botol pada tiga bulan pertama juga akan lebih rentan terkena penyakit Methemoglobinemia
(blue-baby
meminum air yang utamanra berasal dari air tanah yang tercemar nitrat'9. 3.
Nitrat dan Industri
Oalam kondisi-kondisi tertentu nitrat bisa mempercepat reaksi yang menyebabkan disolusi timah yang cepat pada kaleng yang tidak dilapisi. Ion nitrat bertindak sebagai depolarizer katoda dan di dalam proses korosi nitrat akan direduksi sebagian menjadi ammonia. Keberadaan nitrat di air juga bisa merugikan industri gula karena nitrat akan membentuk molase dengan merusak kristafkristaf gula. Nitrat juga bisa menimbulkan masalah dalam industri pabrik alcohol karena efeknya yang berbahaya terhadap ragi yang dipakai untuk fermentasi. Selain itu, nitrat dengan konsentrasi lebih dari 14 ppm telah diketahui bisa menghambat terbentuknya lapisan pelindung pada bahan-bahan besi tergalvanisasil1!.
TEKNOLOGI PROSES DENITRIFIKASI
Proses denitrifikasi adalah proses pengurangan nitrat secara biologis dengan bantuan bakteri pendenitrifikasi yang banyak terdapat di alam. Proses denitrifikasi ini terutama diterapkan untuk mengurangi konsentrasi nitrat yang berlebihan di air dan tanah. Berikut ini ada beberapa metode denitrifikasi yang tersedia untuk diterapkan di air limbah dan fahan yang mengandung konsentrasi nitrat berlebihan.
syndrome),
khususnya bila air yang digunakan berasal dari air tanah yang kelebihan nitrat. Sindrome Methemoglobinemia ini juga diduga sebagai pencetus penyakit sindrome kematian bayi yang tiba-tiba (Sudden Infant Death/Cot Death Syndrome), yaitu suatu keadaan
a.
Denitrifikasi Untuk Air Limbah
Karena kondisi anaerobic (atau setidaknya anoksik) yang diperlukan. maka konfigurasi proses denitrifikasi agak berbeda dengan sistem nitrifikasi. Sistem denitrifikasi cenderung untuk sistem tertutup[21!.Proses aliran film (film-flow process) tidak akan praktis dilakukan pada banyak kasus karena kesulitan menjaga adanya fase yang bebas oksigen. Jadi tipe prinsip dari denitrifikasi air limbah adalah sistem packed-bed (di mana oksigen dapat dengan mudah dihilangkan) dan proses pertumbuhan tersuspensi (suspended-growth process) seperti misalnya lumpur aktif) yang hanya memerlukan level moderat pada percampuran mekaniknya. Bioreaktor yang sering dipakai meliputi
kekurangan oksigen karena ?ejala-gejala kedua penyakit itu hampir samaf6 • Hanya sedikit informasi yang diketahui tentang efek kronik langsung dari nitrat terhadap sistem biologis, tetapi diduga juga berasal dari proses reduksi nitrat menjadi nitrit. Efek-efek ini termasuk resiko terkena kanker, tekanan darah tinggi, cacat lahir dan retardasi mental. Senyawa nitrosamine yang ternentuk secara endogenous telah teridentifikasi terdapat di dalam perut manusia, di dalam kandung kemih yang terinfeksi, di dalam air liur dan tinja manusia!1]. Bukti tentang sifat karginogenik dari nitrosamines terhadap manusia juga telah diperiksa secara epidemiologis dalam
65
(atau air-lift) bed, lumpur aktif anaerobic, dan reaktor packed-bed. fluidized
bakteri pendenitrifikasi 2).
c.
1. Denitrifikasi Sistem Packed - Bed Bioreaktor jenis packed-bed menggunakan media yang kasarnya sama dengan media yang dipakai untuk trickling filter (ukuran 0.05 1.2 m) seperti cincin-cincin plastik atau karang, ataupun media yang halus (ukuran 2 - 4 mm)1221• Sistem dengan media kasar jarang memerlukan pembersihan kecuali untuk menjaga konsentrasi yang sesuai untuk padatan yang tersuspensi di dalam effluent. Head loss di dalam sistem media halus menyebabkan perlu adanya pencucian kembali (backwashing) secara teratur. Walaupun arah aliran (yaitu orientasi proses) bukan suatu hal yang kritikal, tetapi sebagian besar disain berupa kolom upflow. 2. Denitrifikasi Sistem Pertumbuhan Tersuspensi (Suspendedgrowth) Proses denitrifikasi dengan sistem pertumbuhan tersuspensi pada dasarnya adalah sistem lumpur aktif yang beroperasi tanpa aerasi. Tutup tidak diperlukan karena konsentrasi selnya sangat tinggi (1500 sampai 3000 gram per meter kUbik), sehingga oksigen yang ditransfer pada permukaan antara air dan udara pada tangki akan dikonsumsi dengan cepat dan
(Gambar
Proses Bardenpho, yan~ digambarkan pada Gambar 3( terdiri atas dua tangki aerobik dan dua tangki anoksik, diikuti oleh sebuah tangki pengendapan lumpur. Tangki 1 bersifat anoksik dan digunakan untuk denitrifikasi dengan menggunakan air limbah sebagai sumber karbon, sedangkan tangki 2 adalah sebuah tangki aerobik untuk kedua proses oksidasi karbon dan nitrifikasi. Cairan tercampur dari tangki 2 yang mengandung nitrat dikembalikan lagi ke tangki 1. Tangki anoksis 3 akan menghilangkan nitrat yang tersisa di dalam effluent dengan proses denitrifikasi. Akhirnya tangki 4 adalah sebuah tangki aerobik yang digunakan untuk menghilangkan gas N yang dihasilkan dari proses denitrifikasi, jadi akan meningkatkan pengendapan cairan tercampur tersebut.
Proses Sharon - Anammox, yaitu kombinasi antara proses Sharon (adalah suatu sistem nitrifikasi yang cocok untuk air limbah dengan konsentrasi ammonium tinggi, di mana 50% ammonium akan dikonversi menjadi nitrit dalam kondisi aerobik) dengan proses Anammox (yaitu proses konversi nitrit menjadi gas N dalam kondisi anaerobic dengan menggunakan ammonium sebagai donor electron yang dilakukan oleh bakteri autotrofik yang tidak memerlukan sumber bahan organic dari luar untuk memproduksi gas N2). Proses kombinasi Sharon Anammox menghilangkan ammonium sesuai dengan persamaan reaksi sebagai berikut:
kondisi diatau dalam tanpki Sistem tetap anaerobik anoksik[22. lumpur aktif yang konvensionaldapat dimodifikasi untuk meningkatkan denitrifikasi, beberapa di antaranya diuraikan sebagai berikut: a. Sistem lumpur tunggal, terdiri dari satu rangkaian tangki aerobik dan anoksik sebagai pengganti sebuah tangki aerasi tunggal (Gambar 1). b. Sistem multi lumpur, di mana proses oksidasi karbon, nitrifikasi dan denitrifikasi berlangsung di dalam tiga sistem terpisah, dan methanol atau lumpur limbah yang mengendap berfungsi sebagai sumber karbon bagi
Jadi proses kombinasi ini membutuhkan oksigen lebih sedikit dan tanpa bahan organic untuk memproduksi gas N2(4J.
66
Methanol atau Endapan Limbah
I
1
Endapan Limbah
Clarifier Eflucn Final
Lumpur Balik
Gambar 1. Proses denitrifikasi dengan sistem lumpur tunggal untuk pengolahan air limbah[4]
Methanol atau Endaoan Limbah
Enucn Final Lumpur
Balik
Lumpur
Bulik
LUIIlJlur
Bulik
Gambar 2. Proses denitrifikasi dengan sistem multilumpur pengolahan air Iimbah[4]
untuk
Cairan Campuran Balik Clarifier
Limbah Solum Diolah
Tangkl Acrobik Dcnitrifikasi
Tangki Kombinasi Oksidasi Nitrifikasi Acrobik
Tangki Denitrifikasi Anoksik
Tangki Acrobik
Lumpur Balik
Gambar 3. Sistem Denitrifikasi: Proses Bardenpho[31]
67
A. Piringan Berputar (Rotating Discs)
Piringa~ Biofilm---tIJ
~n
shaft
B. Filter Terendam (Submorged - Filter) 3 - 5 mm butiran pasir
i
Biofilm
c.
Filter Terfluidisasi (Fluidized Filter) 0.5 - 1.0 mm butiran pasir
Biofilm
Gambar 4. Tipe - tipe filter untuk proses denitrifikasi[14] 3. Oenltrlflkatll
Sltltcm
Fluldlzud
-
lCrtlktlpDnol
Bed
(axpancltJcI
-
bad)
mempunyai keuntungan bahwa air limbah mengalir melalui kultur/medium. Sistem pemisahan padatan/cairan dipisahkan hanya untuk tujuan pembersihan (polishing). Banyak reactor dengan sistem ini menggunakan bakteri yang diimobilisasi untuk mempertahankan bakteri yang tumbuh lambat dalam sistem beraliran cepat atau untuk menyediakan biomasa yang pekat dalam suatu ruang yang terbatas[21J•
Sistem fluidized - bed atau air lift juga telah terbukti sebagai proses yang efisien untuk denitrifikasi[34J• Dalam sistem ini, bakteri pendenitrifikasi tumbuh pada partikel-partikel medium inert yang telah tersimpan secara hidraulik di dalam suatu kondisi tersuspensi atau terfluidisasi. Sistem ini yang menyerupai sebuah penyaring air dengan operasi pencucian kembali (backwashing) atau lapisan
68
4. Filtrasi Tersier (Tertiary Filtration) Denitrifikasi dapat juga diproses dengan menggunakan filtrasi tersier15J. Denitrifikasi di dalam filtrasi tersier dapat direalisasi dengan cepat dan merupakan suatu alternatif yang biayanya efektif untuk denitrifikasi lanjutan dalam suatu sistem lumpur qktif yang memerlukan volume reaktor tambahan .. Denitrifikasi dalam filtrasi tersier dengan tambahan methanol telah berhasil diterapkan di Amerika Serikat selama lebih dari 15 tahun, dan walaupun di Eropa bersuhu ding in, eksperimen skala penuh pada instalasi pengolahan air limbah di Munich, Jerman juga telah menunjukkan bahwa proses ini sangat efisien. Di dalam biofilter, perkembangan tipe denitrifikasi telah terjadi sehubungan dengan pembaharuan yang radikal dari keseluruhan teknologi filter dengan pemakaian filter-filter terendam (submerged filter)(14J. Alasannya adalah bahwa kondisi proses khusus yang harus ada supaya denitrifikasi berlangsung, bisa terjadi di dalam jenis filter yang baru sedangkan jenis trickling filter yang konvensional sulit beradaptasi dengan prosesnya. Gambar 4 menunjukkan prinsip dari teknologi filter yang berbeda. Perlu diperhatikan bahwa denitrifikasi dalam biofilter biasanya berlangsung dengan sistem lumpur terpisah. Gambar 4 hanya menunjukkan disain dari filter untuk denitrifikasi pada air limbah. Pemisahan dari air yang terolah dan lumpur yang tersisa dari proses terjadi dalam tangki pengondapan sekundar yang konvensional untuk piringan berputar (rotating disc), sedangkan untuk filter terendam dan untuk filter terfluidisasi bagian atasnya dapat didisain sehingga berfungsi sebagai suatu unit pemisah. Lumpur yang tersisa dapat dibuang langsung dari filternya.
5. Kombinasi Denitrifikasi
Nitrifikasi Heterotrofik
dan
Salah satu dari ide yang paling imajinatif telah timbul dari pekerjaan Tramper dan rekannya, yang telah
69
menyelidiki kemungkinan penggunaan gel bead (bola-bola jelly) dengan satu lapisan luar untuk nitrifikasi dan satu lapisan tengah di dalam (core layer) untuk proses denitrifikasi. Studi awal dengan menggunakan bakteri Nitrosornonas europea, Nitrobacter agilis dan satu bakteri pendenitrifikasi yang belum teridentifikasi tumbuh dalam alginate bead atau carrageenan bead telah menunjukkan bahwa !lal ini memang mungkin suatu prospek yang menjanjikan(13]. Pada tahun 1994, dalam suatu reactor fluidized bed yang mengolah effluen dari satu reactor metanogenik, hilangnya nitrat bersamaan dengan konsumsi ammonium dan terbentukan gas N2 telah diobservasi oleh Mulder dan rekannya[19J• Proses ini disebut dengan proses Anammox, singkatan dari anaerobic ammonium oxidation (oksidasi ammonium secara anaerobik). Mikroba yang mengkatalisasi reaksi ini belum teridentifikasi, tetapi diduga tidak berhubungan dengan bakteri penitrifikasi autotrofik yang sudah diketahui[3°J. Pertumbuhan dari populasi bakteri Anammox diketahui sangat lamban dan pengayaan dari inokulum yang sudah diketahui !uga belum dilaporkan secara tertulis[1 J.
b. Denitrifikasi Untuk Pengolahan Lahan Sistem pengolahan lahan pertanian dapat didisain untuk melibatkan proses denitrifikasi(22J. Hal itu dilakukan dengan menciptakan suatu zona anaerobic pad a lapisan tanah atas dalam waktu sing kat colama maGing-masins uiklus pomaki.1iannya. Jadi denitrifikasi akan te~adi hanya pada bagian air limbah yang merembes di bawah permukaan tanah. Proses pengolahan lahan dapat dibagi menjadi dua klasifikasi umum, yaitu sistem irigasi dan proses pengaliran di atas lahan (overland - flow process). Pada sistem irigasi, sebagian besar air limbah yang diaplikasikan merembes melalui tanah dan seluruh alirannya dapat dibuat dalam kondisi anoksik. Proses pengaliran di atas lahan paling cocok pada tanah dengan permeabilitas rendah, dan pada kasus ini, hanya 20 sampai 25% dari air limbah yang
z. Aplikasi Kotoran Hewan Ternak
diterapkan . dapat dibuat dalam kondisi anaerobic(22I. Pad a kedua kasus tersebut, sebagian besar nitrogen yang dihilangkan akan diasimilasi oleh tanaman pertanian.
Satu metode lain untuk meningkatkan proses denitrifikasi di tanah adalah pengaplikasian kotoran hewan ternak baik yang padatan maupun yang cairan. Pemakaian pada lahan juga mempunyai potensi untuk: (i) mengurangi pemakaian pupuk anorganik, (ii) memperbaiki kegemburan tanah melalui pembentukan bahan-bahan organic di tanah, (iii) menyediakan recycling nutrient melalui re-coupling produksi hewan dan tanaman jika produksi tanaman digunakan sebagai makanan hewan di pertanian. Pada prakteknya, pemakaian kotoran hewan ternak pad a lahan pertanian sebaliknya juga dikaitkan dengan (i) degradasi kualitas air, (ii) polusi udara melalui emisi gas N, dan (iii) masalah-masalah lain seperti bau dan potensi pergerakan organisme patogenik (10). Laju denitrifikasi dengan kotoran hewan ternak yang berbeda diketahui tergantung pada waktu (musim) dari pemakaiannya dan dipengaruhi oleh kadar air tanah. Juga ditemukan bahwa kotoran ternak padatan menimbulkan denitrifikasi lebih lama daripada kotoran cair, sedangkan produksi gas N kumulatif lebih besar dengan padat daripada cair, yang pada akhirnya akan memproduksi lebih banyak gas N daripada dengan pemakaian pUpUk[17J• Kotoran ternak cair biasanya langsung menstimulasi proses denitrifikasi dan produksi NzO yang cepat. sedangkan kotoran ternak padat menyebabkan proses yang lebih lambat tetapi
1. Sistem Irigasi Semprot (Spray Irrigation) Penggunaan trlgasi semprot untuk pengolahan da,n pembuangan air limbah domestik telah meluas di Amerika Serikat. Sejumlah besar N yang dibuang dari sistem irigasi berkecepatan lambat adalah komponen disain yang diinginkan karena kontaminasi nitrat pada air tanah dan air permukaan merupakan suatu masalah yang potensiaL Denitrifikasi adalah suatu proses penghilangan N yang penting diterapkan pada tanah untuk air limbah domestik. Frekuensi dan jumlah air limbah yang dipakai keduanya memainkan peranan penting pada laju penghilangan N tersebut. Frekuensi dan jumlah irigasi yang berbeda akan mengubah laju denitrifikasi, juga respirasi mikroorganisme, status kelembaban tanah serta dinamika karbon dan N tanah[231. Frekuensi dari pen era pan irigasi mempengaruhi laju denitrifikasi dengan mengubah volume tanah yang anaerobic dan lamanya kondisi anaerobik, selain itu ketersediaan nitrat - N dalam zona yang sesuai untuk denitrifikasi mung kin berubah pulaf18J. Banyak variable seperti suhu, kadar air, oksigen, pH, konsentrasi N, C, dan S serta interaksi mereka yang mempengaruhi laju denitrifikasi[31]. Penelitian lain yang telah menyelidiki variasi ruang dari proses denitrifikaai pada lohan memang telah membuktikan bahwa siklus alamiah dari kadar air di tanah atau porositas udara pada tanah permukaan adalah faktor utama yang mempengaruhi variabilitas[7J. Pada studi skala lanskap, karakteristik tanah seperti tekstur dan drainase yang mempengaruhi proses
bcrl
Dari
studi·gtudi
sebelumnya, produksi NzO yang lebih tinggi terdeteksi pada awal musim jika ada ammonium dan bahwa produksi N20 dipicu oleh keberadaan ammonium dan karbon secara bersamaan(3]. Juga telah dibuktikan bahwa jumlah N yang hilang dari kotoran ternak sebagai N20 mirip dengan studi-studi sebelumnya untuk kotoran cair tetapi sedikit lebih tinggi untuk kotoran ternak padatl17J.
hidrologis tanah juga mempengaruhi laju denitrifikasil3 I.
70
STRATEGI MANAJEMEN UNTUK MENGONTROLPOLUSINITRAT Bila suatu keputusan diambil untuk mengontrol suatu bahan pencemar lingkungan seperti nitrat, salah satu atau kombinasi dari ketiga pilihan teknis berikut bisa digunakan, yaitu: 1. Bahan pencemar dapat dikurangi pada sumbernya den gar) membuat atau menggunakan lebih sedikit bahan tersebut, 2. Praktek manajemen terbaik (best management practices) dapat digunakan pad a sistem industri dan alamiah untuk meminimalkan kebocoran dari bahan pencemar, atau untuk memaksimalkan efek pembersihan sendiri dari proses alamiah, dan 3. Bahan pencemar dapat dikumpulkan dan diolah untuk mencegah pembuangan langsung ke lingkung an
Terdapat berbagai teknik untuk meminimalkan hilangnya nitrat dari tanah pertanian, yaitu meliputi praktek manajemen pertanian yang efisien, penerapan teknologi pertanian yang inovatif, peraturan langsung atau tidak langsung untuk praktek pertanian serta perubahan mendasar pada pola penggunaan lahan. Beberapa teknik pengendalian nitrat pad a pertanian tersebut diuraikan seperti pada bagian-bagian berikut. a.
Manajemen
Pilihan
Praktek-praktek manajemen pilihan terbaik yang dapat dilakukan untuk mengendalikan kelebihan nitrat di tanah pertanian meliputi konservasi air, penanaman tumbuhan pelindung, dan perbaikan manajemen penggunaan pupuk. Dengan meningkatkan efisiensi penggunaan air, sangat mung kin untuk bisa mengurangi sejumlah nitrat yang meninggalkan zona tanah. Pengurangan nitrat yang hilang pad a air tersebut dapat dicapai dengan menggunakan suatu pendekatan yang disebut dengan penjadwalan ilmiah (scientific scheduling). Sebuah komputer yang dioperasikan oleh seorang personel lapangan yang terlatih untuk menentukan jumlah dan waktu yang tepat bagi setiap irigasi untuk masing-masing lahan pertanian. Tujuan dari penjadwalan ini adalah untuk membuat kelembaban tanah sama tingginya dengan level kapasitas lahaM. Pondc\mt;:m ini banyak diterapkan karena menimbulkan beberapa keuntungan ekonomis dan lingkungan, antara lain peningkatan pendapatan pertanian, pengurangan pemakaian air dan pengurangan rembesan salinitas dan beban sedimen dalam arus balik.
Sebagai tambahan terhadap pendekatan berorientasi teknis tersebut, pendekatan nonteknis lain juga patut dipertimbangkan dalam beberapa kasus khusus. Sebagai contoh, jika tujuan dari pengendalian pencemaran air adalah untuk mengurangi resiko terhadap kesehatan manusia, maka solusi yang paling efektik mung kin adalah dengan menyediakan sumber air alternatif, atau dengan melakukan beberapa program pemberian obat pencegahan, seperti yang diuraikan sebagai berikut: 1.
Praktek Terbaik
Reduksi dan Eliminasi Sumber Irigasi yang terkontrol terhadap buangan manusia dan hewan merupakan solusi yang memuaskan terhadap problem pembuangan limbah jika tanahnya cocok serta menggunakan sistem yang didisain dan terkelola dengan baik. Satu pertimbangan manajemen yang penting adalah menjaga agar rasio C : N cukup tinggi untuk menyediakan karbon yang cukup bagi proses denitrifikasi. Disain, konstruksi dan perawatan sistem pembuangan septic tank yang baik dapat menurunkan dan dalam beberapa kasus bahkan menghilangkan seluruhnya nitrat yang terbuang ke air tanah. Resirkulasi air limbah domestik adalah salah satu alternatif yang mahal tetapi layak pakai untuk daerah yang padat sekali seperti
Pada umumnya, akumulasi nitrat terjadi pad a sistem pertanian bila input pupuk melebihi jumlah yang bisa dikonsumsi tanaman dengan
perkotaan[6J•
71
c. Regulasi
efisien. Jika pemakaian pupuk selalu pada level dosis - respon yang efisien, maka hilangnya niktrat dari lahan pertanian yang dipupuk itu dapat diminimalkan. Pemakaian kotoran ternak yang lebih efektif juga akan bisa mengurangi kebutuhan pupuk anorganik. Akan tetapi sebaliknya, jumlah N yang tersedia dalam kotoran ternak dan laju pelepasannya jauh lebih rendah daripada yang tersedia pada pupuk anorganik. Pengambilan dan penerapan kotoran ternak juga mahal dan mempunyai nilai ekonomis rendah. b.
terhadap Praktek Pertanian Salah satu pilihan pengendalian yang sedang diteliti dan masih menjadi perdebatan publik adalah pembatasan terhadap praktek-praktek pertanian. Praktek-praktek pertanian dapat diregulasi oleh berbagai mekanisme, termasuk aturan pembatasan, penentuan zona penggunaan lahan, pajak tanah pertanian, penjualan hak untuk menggunakan pupuk dan air, atau pengendalian kecepatan penyimpanan stok hasil pertanian tertentu, dan mensubsidi petani terhadap hilangnya produksi akibat praktek-praktek pembatasan tersebut. Banyak negara-negara Eropa telah mengadopsi kebijakan penjagaan lahan pertanian berdasarkan suatu prinsip bahwa pemisahan dari satu sumber polusi yang potensial dari persediaan air tanah untuk publik sebaiknya didasarkan pad a waktu perjalanan di antara kedua titik tersebut. Bahan pencemar kimia seperti nitrat diatur dengan sebuah regulasi yang mengatur tentang pengolahan limbah domestik, serta mencegah pertanian intensif di semua sumber air tanah. Akan tetapi, regulasi langsung terhadap praktek-praktek pertanian ini mempunyai sebuah kelemahan besar, yaitu akan tidak sesuai dengan kondisi local. Sebagai contoh, seperti yang terjadi di
Praktek Manajemen Saru dan Inovatif Banyak teknik baru telah diajukan proposalr.ya untuk meningkatkan efisiensi dari pemakaian pupuk atau kemampuan tanah mengikat N anorganik. Teknik-teknik tersebut meliputi pemakaian pupuk yang lepasnya lamban, supplemen karbon, penghambat urease dan nitrifikasi, dan teknik untuk meminimisasi perembesan dari tanah bertekstur kasar. Pupuk N yang larutnya lamban juga telah dikembangkan, seperti formulasi organic (misalnya pupuk urea pengganti) dan preparasi anorganik (misalnya pupuk pellet berselubung plastik). Pemberian sejumlah besar karbon organic ke dalam tanah dapat meminimalkan perembesan nitrit residu dengan imobilisasi N onorganiK ke dalDm biomasa mikroflora tanah. Ada juga penelitian tentang bahan kimia yang bisa merusak laju hidrolisis pupuk urea dan laju nitrifikasi dari ammonia menjadi nitrat. Beberapa teknik yang telah diuji secara eksperimen untuk mengurangi infiltrasi air dan/atau perembesan adalah dengan menggunakan plastik atau bahan organic juga silicon yang tahan air.
nogara bagian Illinoic, Amorika Serikat, daerah yang berbeda di negara bagian itu dapat mencapai kualitas air yang diharapkan dengan pembatasan penggunaan pupuk yang tingkatnya berbeda-beda sesuai dengan kondisi daerahnya[1]. Jadi dengan demikian, pembatasan yang diberlakukan secara nasional tidak akan mengakibatkan dampak yang sama pada masyarakat petani lokal.
72
d.
2.
Perubahan Fundamental di Bidang Pertanian Selain perbaikan praktekpraktek manajemen dan pendekatan regulasi yang telah dibahas tersebut, ada beberapa perubahan mendasar pada pola produksi pertanian yang diperkirak~n dapat mengurangi polusi lingkungan oleh nitrat: Antara lain yaitu adanya kemungkinan bahwa informasi genetika untuk sintesis dan kontrol terhadap enzim nitrogenase dapat ditransfer dari spesies tanaman yang bisa memfiksasi nitrogen atmosfer ke tanaman yang tidak bisa. Satu pendekatan lainnya yang tengah dipelajari adalah penggunaan bakteri alami yang bisa memfiksasi nitrogen di dalam akar rhizosphere. Pertanian yang mengkombinasikan produksi tanaman pertanian dengan hewan ternaknya, serta mengembalikan kotoran hewan ternak terse but ke tanah pertanian juga lebih ramah lingkungan daripada pertanian yang hanya memproduksi tanaman atau hewan ternak saja.
yang rentan terhadap bahaya keracunan nitrat. Selain itu, pihak yang berwenang diharapkan dapat menyelenggarakan suatu program pendidikan kesehatan yang meliputi: a. Pendidikan publik, melalui media, tentang penyebab dan perlakuan terhadap penderita penyakit yang berhubungan dengan nitrat, b. Peringatan secara teratur mengenai konsentrasi nitrat di dalam air minum, dan c. Sistem pemantauan penyakit untuk menentukan insiden terjadinya penyakit yang berhubungan dengan nitrat.
3.
Persediaan Air Alternatif Karena biaya pengolahan air cukup mahal, masyarakat wilayah kecil atau rumah tangga mungkin lebih memilih memakai persediaan air alternatif. Sumber air alternatif tersebut dapat berupa air permukaan, pengeboran sumur d;:alam,
pGlngolahan
al
air
yang
masih mengandung nitrat rendah, atau menggunakan air botol. Pada pokoknya penggunaan persediaan air alternatif tersebut tergantung terutama kepada ketersediaan dari sumber air alternatif. Instalasi pengolahan air pemerintah daerah, atau suatu badan yang bertanggungjawab untuk menyediakan air bersih bagi masyarakat mungkin dapat menyediakan air botolan yang bebas nitrat kepada keluarga-keluarga yang mempunyai bayi dan orang dewasa
Pemberian Obat Pencegahan Bila kontrol yang efektif terhadap pemaparan terhadap penyakit karena keracunan nitrat tidak memungkinan, prophyfaxis, diagnosis dan perlakuan dapat mengendalikan penyakit akut seperti methemoglobinemia pada hewan ternak dan manusia, dan mungkin bisa memberikan pertahanan terhadap resiko jangka panjang (karsinogenik). Sebagai contoh, asam askorbat (vitamin C) diketahui efektif mengurangi methemoglobinemia di dalam darah dan mungkin bisa menghambat reaksi nitrosasi di dalam perut'1] Kemungkinan penambahan a5am askorbat ke dalam daging obat (tinggi nitritnya) telah dipelajari oleh Badan Makanan dan Obat Amerika Serikat (United States Food and Drug Administration). Ada juga kemungkinan penambahan askorbat long sung ka dalam per~adiaan air,
KESIMPULAN Adalah suatu hal yang sangat penting bahwa kita harus meneruskan usaha-usaha untuk menjaga agar senyawa-senyawa nitrogen tetap berada di tempat yang membutuhkannya, yaitu di tanah dan bukan di tempat-tempat lain (seperti di badan-badan air, rawa-rawa, danau, atau di dalam laut). Kemajuan yang menggembirakan dalam penelitian tentang nitrifikasi dan denitrifikasi telah didapatkan. Namun pekerjaan lebih lanjut masih diperlukan, dan masih adalah
73
3.
harapan untuk membuat level nitrat di dalam air minum dan pembuangan ammonia, nitrat atau gas nitrogen ke lingkungan di bawah kendali. Untuk memenuhi permintaan terhadap penghilangan berbagai komponen air minum dan air limbah dari berbagai sumber yang berbeda, sistem pengolahan harus terus ditingkatkan kompleksitasnya .. Misalnya, jika permintaan penghilangan fosfat dan sulfat ditambahkan ke dalam persyaratan eliminasi karbon dan nitrogen, kreativitas yang tinggi akan diperlukan untuk mendisain reactor atau kombinasi reactor yang praktis, efisien dan efektif biayanya. Ini akan membutuhkan ke~asama yang erat antara ahli mikrobiologi dan ahli teknik bioproses, dengan semangat bioteknologi yang sebenarnya, bukan hanya dalam bentuk pembangunan reactor. Untunglah, seperti yang diuraikan pada bagian tulisan ini sebelumnya, sejumlah kemajuan di bidang itu telah dibuat dan prinsip-prinsip baru di bidang mikrobiologi dan bioteknologi sebaiknya dapat membantu dalam penyediaan inovasi yang sang at diperlukan untuk menghilangkan kelebihan nitrogen dari lingkungan kita. Akhirnya, pengelolaan atau manajemen terhadap konsentrasi nitrogen di dalam lingkungan air dan tanah tinggal menjadi suatu pertanyaan secara tepat skala penyelidikan dan interpretasi masing-masing pengambil kebijakan. Hampir semua keputusan manajemen perlu diambil pada skala lapangan yang memerlukan suatu pendekatan terpadu dan interpretasi yang akurat dan mudah dimengerti terhadap mekanisme hidrologis dan proses-proses di tanah yang melibatkan nitrogen.
4.
5..
6.
7.
8.
9.
10.
DAFTAR PUSTAKA 1. ASKEW, C. C. Nitrate in GroundwaterA Review of the Issue wilh Emphasis on the New Zealand Situation. Unpublished Master Thesis. University of Canterbury and Lincoln College, Lincoln, New Zealand, 1985. 2. BARRACLOUGH, D., E. L. GREENS, and J. M. MAGGS.: "Fate of fertilizer
11.
12.
nitrogen applied to grassland, II. Nitrogen-15 leaching results". Journal of Soil Science, 35:191-199.1984.
74
BERGSTROM, D. W., M. TENUTA, AND E. G. BEAUCHAMP. :"Increase in nitrous oxide production in soil induced by ammonium and organic carbon". Biology and Fertility of Soils. 18: 1 - 6. 1994. BITTON, G., Wastewater Microbiology (2nd ed.). Wiley - Liss, Inc., New York. 1999 BOUCHARD, D. C., M. K. WILLIAMS and R. Y. SURAMPALI.:"Nitrate contamination of groundwater: Sources and potential health effects". Journal of American Water Works Association, 84 (9): 85 - 90. 1992. BURDEN, R. J.:"Nitrate contamination of New Zealand aquifers: A Review". New Zealand Journal of Science, 25: 205 220. 1982. BURTON, D. L., and E. G. BEAUCHAMP.:"Denitrification rate relationships with soil parameters in the field". Communications in So/l Science and Plant Analysis, 16: 539 - 549.1985. DE HAAN, S.:"Nitrogen in drainage water from containers with soils treated with different types of sewage sludge or municipal waste compost, including substrates consisting only of these products", p. 128-141. In A. Dam Kofoed, et al. (Eds.), Efficient Land Use of Sludge and Manure. Elsevier, London. 1986. DORCSH, M. M., et al. :"Congenital malformations and maternal drinking water supply in rural South Australia: A case-control study". American Journal of Epidemiology, 119: 473 - 486. 1984. EDWARDS, D. R., et al. :"Quality of runoff from four northwest Arkansas pasture fields treated with organic and inorganic fertilizer". Trans ASAE, 39: 1689-1696.1996. FROMENT, M. A., A. G. CHALMERS, and K. A. SMITH. :"Nitrate leaching from autumn and winter application of animal manures to grassland", p. 153-156. In J.R. Archer and others (Eds.), Nitrate and Farming System. Association of Applied Biologist, Warwick. 1992. GREEN, M., and G. SHELEF. :"Treatment of nitrate-contaminated groundwater for drinking purposes".p. 587 606. In U. Zoller (Ed.), Groundwater Contamination and Gontrol. Marcel Dekker, Inc. New York. 1994.
13. HUNIK, J. H., and J. TRAMPER. :"Abrasion of x-carrageenan gel beads in bioreactors".p.487 490. In H. Verachtert and W. Verstraete (Eds.). Proceeding of the International Symposium on Environmental Biotechnology, vol. II. The Royal Flemish Society of Engineers. 1991. 14. JANSEN, J. C., P. t;iARREMOES, and M. HENZE. :"Treatments plants for denitrification", p. 229 - 272. In M. Henze, et al. (Eds.), WastewaterTtreatment Biological and Chemical Processes. (2nd ed.). Springer - Verlag, Berlin. 1997. 15. KOCH, G., and H. SIEGRIST. :"Denitrification with methanol in tertiary filtration". Water Research, 31: 3029 3038. 1998. 16. KUAI, L., and W. VERSTRAETE. :"Ammonium removal by the oxygenlimited autotrophic nitrificationdenitrification system". Applied and Environmental Microbiology, 64: 4500 4506. 1998. 17. LORO, P. J., D. W. BERGSTROM, and E. G. BEAUCHAMP. :"Intensity and duration of denitrification following application of manure and fertilizer to soil". Journal of Environmental Quality, 26: 706 -713.1997. 18. MONNET, G. T., R. B. RENEAU, Jr., and C. HAGEDORN. :"Effects of domestic wastewater spray irrigation on denitrification rates". Journal of Environmental Quality, 24: 940 - 946. 1995. al. :"Anaerobic 19. MULDER, A" et ammonium oxidation discovered in a denitrifying fluidized - bed reactor". FEMS Microbiological Ecology, 16: 177 184. 1995. 20. PAYNE, W. J. Denitrification. John Wiley & Sons, New York, 1981. 21. ROBERTSON, L. A., and J. G. KUENEN. :"Nitrogen removal from water and waste", p. 227 - 267. In J. C. Fry, et al. (Eds.), Microbial Control of Pollution. Cambridge University Press, UK. 1992. 22. SCHROEDER E. D. :"Denitrification in wastewater management", p. 105 - 125. In C. C. Delwiche (Ed.), Denitrification, nitrification, and atmospheric nitrous oxide. John Wiley & Sons, Inc., New York. 1981.
75
23. SEXSTONE, A. J., T. B. PARKIN, and J. M. TIEDJE. :"Temporal response of soil denitrification rates to rainfall and irrigation". Soil Science Society of America Journal, 49: 99 - 103. 1985. 24. SHERWOOD, M. :"Nitrate leaching following application of slurry and urine to field plots", p. 150-157. In. A. Dam Kofoed, et a/. (Eds.), Efficient Land Use of Sludge and Manure. Elsevier, London. 1986. 25. SMITH, S. R., M. TIBBETT, and T. D. EVANS. :"Nitrate accumulation potential of sewage sludge applied to soil", p. 157161. In J. R. Archer et a/. (Eds.), Nitrate and Farming Systems. Association of Applied Biologist, Warwick. 1992. 26. STEENVOORDEN, J. H. A. M. :"Agricultural practices to reduce nitrogen losses via leaching and surface runoff', p. 72-84. In J. C. Germon (Ed.), Management Systems to Reduce Impact of Nitrates. Elsevier, London. 1989. 27. STEENVOORDEN, J. H. A. M., H. FONCK, and H. P. OOSTEROM. :"Losses of nitrogen from intensive grassland systems by leaching and surface runoff', p. 85-97. In H. G. Van der Meer et al. (Eds.), Nitrogen Fluxes in Intensive Grassland Systems. Martinus Nijhoff, Dordrecht. 1986. 28. STEVENSON, F. J. & M. A. COLE. Cycles of Soil : Carbon, Nitrogen, Phosphorus, Sulfure, Micronutrients (2nd Ed.). New York: John Wiley & Sons. 1999. 29. STOUTHAMER, A. H. :"Bioenergetic studies on Paracoccus denitrificans". Trends of Biochemical Science, 5: 164166. 1980. 30. STROUS, M. E. VAN GERVEN, J. G. KUENEN, and M. S. M. JETTEN. :"Effects of aerobic and microaerobic conditions of ;anaembic ammonium oxidizing (Anammox) sludge". Applied and Environmental Microbiology, 63: 2446 - 2448. 1997. 31. TIEDJE, J. M. :"Ecology of denitrification and dissimilatory nitrate reduction to ammonium", p. 174-244. In A. J. B. Zehnder (Ed.), Biology of Anaerobic Microorganisms. John Wiley & Sons, New York. 1988.
32. U.S.
Environmental
Protection
Agency. Land Treatment of municipal wastewater. Design Manual. USEPA Rep. 625/1-81-013. USEPA, Cincinnati, OH.1981.
35. WEIER, K. L., et at. :"Potential for
33. VAN KESSEL, C., D. J. PENNOCK, and R. E. FARREL. :"Seasonal variations in denitrification and nitrous oxide evolution at the landscape scale". Soil Science Society of America Journal, 57: 988 995. 1993. 34. VAN RIJN, J., Y. TAL, and Y. BARAK. :"Influence of volatile fatty acids on nitrite accumulation by a Pseudornonas stutzeri strain isolated from a denitrifying fluidized bed reactor". Applied and Environmental Microbiology, 62: 2615 2620. 1996.
bioremediation of high nitrate irrigation water via denitrification". Journal of Environmental Quality, 23: 105 - 110. 1994. 36. WHITEHEAD, D. C. Grassland Nitrogen. CAB International, UK. 1995. 37. World Health Organization. Nitrates, Nitrites, and N-nitroso Compounds. . Geneva. 1978. 38. World Health Organization. Guidelines for Drinking Water Quality. Vol. 1, Geneva. 1984. 39. World Health Organization. Guidelines for Drinking Water Quality. Vol. 2 Geneva. 1993.
Daftar Isi
76
